CN107690366A - 用于追踪焊接训练电弧参数的系统和方法 - Google Patents

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CN107690366A CN201680031774.8A CN201680031774A CN107690366A CN 107690366 A CN107690366 A CN 107690366A CN 201680031774 A CN201680031774 A CN 201680031774A CN 107690366 A CN107690366 A CN 107690366A
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Abstract

焊接系统包括一个或多个传感器，所述一个或多个传感器被配置成在由所述焊接系统执行的焊接期间检测与用于所述焊接系统的一个或多个电弧参数相关的数据。所述焊接系统还包括控制电路系统，所述控制电路系统被配置成从所述一个或多个传感器接收对应于所述一个或多个电弧参数的所述数据，在焊接的时间段内使对应于所述一个或多个电弧参数的所述数据与关联于一个或多个焊接参数的数据时间同步，在所述焊接期间经由用户可观察屏幕在所述时间段内以图形方式呈现对应于所述一个或多个电弧参数的所述数据，并且在所述焊接期间经由所述用户可观察屏幕在所述时间段内以图形方式呈现对应于所述一个或多个焊接参数的所述数据。

Description

用于追踪焊接训练电弧参数的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年4月2日提交的标题为“用于追踪焊接训练电弧参数的系统和方法(SYSTEMS AND METHODS FOR TRACKING WELD TRAINING ARC PARAMETERS)”的美国临时申请序列号No.62/142,312的优先权和权益，该申请全部内容出于所有目的以引用方式并入本文。
背景技术
本公开总体涉及焊接，并且更具体地涉及可以用于监测焊接环境并管理与焊接环境相关联的焊接数据(诸如在焊接期间和/或在焊接之前从焊接环境收集的焊接数据)的焊接系统。
焊接是已经越来越多地在各行业和应用中使用的工艺。尽管仍然存在对于手工焊接操作的大量应用，但是在某些情况下，此类工艺可以自动化。在这两种情况下，此类焊接操作依赖于各种类型的设备，以确保在期望的时间以适当的量向焊缝提供焊接耗材(例如焊丝进料、保护气体等)。
在准备执行手动焊接操作时，可以使用焊接系统(例如，焊接训练系统)来训练焊接操作者。焊接系统可以被设计成用适当的技术来训练焊接操作者从而执行各种焊接操作。某些焊接系统可以使用各种训练方法。如可以理解的，获取和操作此类训练系统可能是昂贵的。因此，焊接训练机构只能获取有限数量的此类训练系统。此外，某些焊接系统可能不会充分地训练焊接操作者来执行高质量焊接。
附图说明
在参考附图阅读以下详细说明后，将更好地理解本公开的这些和其他特征、方面和优点，在附图中，类似的附图标记在所有附图中代表类似的部分，其中：
图1是根据本公开的各个方面的焊接系统的实施例的框图；
图2是根据本公开的各个方面的图1的焊接系统的各部分的实施例的框图；
图2A是根据本公开的各个方面的图1的焊炬的电路系统的实施例的示意图；
图3是根据本公开的各个方面的图1的焊炬的实施例的立体图；
图4是根据本公开的各个方面的图1的焊接支架的实施例的立体图；
图5是根据本公开的各个方面的校准装置的实施例的立体图；
图6是根据本公开的各个方面的夹具组件的实施例的立体图；
图7是根据本公开的各个方面的焊丝外伸长度校准工具的立体图；
图8是根据本公开的各个方面的图7的焊丝外伸长度校准工具的顶视图；
图9是根据本公开的各个方面的用于校准焊丝从焊炬外伸的长度的方法的实施例；
图10是根据本公开的各个方面的具有物理标记的焊接耗材的实施例的立体图；
图11是根据本公开的各个方面的具有物理标记的焊丝的实施例的立体图；
图12是根据本公开的各个方面的图1的焊接支架的垂直臂组件的实施例的立体图；
图13是根据本公开的各个方面的仰焊臂组件的实施例的立体图；
图14是根据本公开的各个方面的具有多个训练模式的焊接软件的实施例的框图；
图15是根据本公开的各个方面的焊接软件的虚拟现实模式的实施例的框图；
图16是根据本公开的各个方面的用于整合训练结果数据的方法的实施例；
图17是根据本公开的各个方面示出焊接操作者的多组焊接数据的图表的实施例；
图18是根据本公开的各个方面示出焊接者的焊接数据与班级的焊接数据相比的图表的实施例；
图19是根据本公开的各个方面的用于存储认证状态数据的数据存储系统(例如，云存储系统)的实施例的框图；
图20是根据本公开的各个方面示出对应于焊接的数据的屏幕的实施例；
图21是根据本公开的各个方面示出焊接的不连续性分析的屏幕的实施例；
图22是根据本公开的各个方面的焊接软件的焊接教员屏幕的实施例的框图；
图23是根据本公开的各个方面的使用增强现实的焊接训练的方法的实施例；
图24是根据本公开的各个方面的使用增强现实的焊接训练的另一种方法的实施例；
图25是根据本公开的各个方面的焊炬的实施例的框图；
图26是根据本公开的各个方面的使用焊炬向焊接操作者提供振动反馈的方法的实施例；
图27是根据本公开的各个方面的两种模式的实施例的曲线图，每种模式包括用于向焊接操作者提供振动反馈的不同频率；
图28是根据本公开的各个方面的两种模式的实施例的曲线图，每种模式包括用于向焊接操作者提供振动反馈的不同调制；
图29是根据本公开的各个方面的两种模式的实施例的曲线图，每种模式包括用于向焊接操作者提供振动反馈的不同振幅；
图30是根据本公开的各个方面的具有可以用于追踪焊炬的球形标记物的焊炬的实施例的立体图；
图31是根据本公开的各个方面的沿图30的剖切线31-31截取的焊炬的实施例的立体图；
图32是根据本公开的各个方面的焊炬和视觉标记物的实施例的顶视图；
图33是根据本公开的各个方面的用于在焊炬的显示器上关联于阈值显示焊接参数的方法的实施例；
图34是根据本公开的各个方面的用于关联于阈值显示焊接参数的焊炬的显示器的一组屏幕截图的实施例；
图35是根据本公开的各个方面的用于使用至少四个标记物来追踪焊接系统中的焊炬的方法的实施例；
图36是根据本公开的各个方面的用于检测处理器与焊炬通信的能力的方法的实施例；
图37是根据本公开的各个方面的用于校准弯曲焊接接头的方法的实施例，所述方法可以与焊接系统一起使用；
图38是根据本公开的各个方面的弯曲焊接接头的实施例的简图；
图39是根据本公开的各个方面的弯曲焊接接头和标记工具的实施例的简图；
图40是根据本公开的各个方面的用于追踪多行程焊接操作的方法的实施例；
图41是根据本公开的各个方面的焊接支架的实施例的立体图；
图42是根据本公开的各个方面的图41的焊接支架的焊接表面的实施例的剖视图；
图43是根据本公开的各个方面的具有可移除盖的感测装置的实施例的剖视图；
图44是根据本公开的各个方面的校准工具的实施例的立体图；
图45是根据本公开的各个方面移除了外盖的图44的校准工具的立体图；
图46是根据本公开的各个方面的校准工具的尖头末端的实施例的侧视图；
图47是根据本公开的各个方面的校准工具的圆形末端的实施例的侧视图；
图48是根据本公开的各个方面的校准工具的圆形末端的实施例的侧视图，该圆形末端具有小的尖头末端；
图49是根据本公开的各个方面的用于检测校准点的方法的实施例；
图50是根据本公开的各个方面的用于基于焊接路径确定焊接分数的方法的实施例；
图51是根据本公开的各个方面的使用焊炬的用户界面在焊接模式之间转换的方法的实施例；
图52是根据本公开的各个方面的远程焊接训练系统的实施例；
图53是根据本公开的各个方面的具有来自不同操作者的焊接数据的仪表板页面的实施例；
图54是根据本公开的各个方面的具有深度传感器和本地定位系统的焊接系统的实施例；
图55是根据本公开的各个方面的控制焊炬的可视标记物以追踪焊炬的移动和位置的方法的实施例；
图56是根据本公开的各个方面的具有可视标记物的基座部件的剖视图；
图57是根据本公开的各个方面的焊接支架的臂和夹钳组件的实施例的立体图；
图58是根据本公开的各个方面的沿剖切线58-58截取的图57的夹钳组件的安装座的实施例的顶视图；
图59是根据本公开的各个方面的耦接到图57的夹钳组件的校准块的实施例的立体图；
图60是根据本公开的各个方面的针对焊位不当作业的训练台的臂的设置方法的实施例；
图61是根据本公开的各个方面的用于选择并执行使用焊接系统的多行程焊接作业的方法的实施例；
图62是根据本公开的各个方面示出对应于焊接的包括电弧参数的数据的屏幕的实施例；
图63是根据本公开的各个方面示出对应于未检测到电弧的焊接试验的数据的屏幕的实施例；
图64是根据本公开的各个方面示出作业开发例程的屏幕的实施例；
图65是根据本公开的各个方面示出与焊接程序相关的属性的屏幕的实施例；
图66是根据本公开的各个方面示出对应于模拟焊接的数据的屏幕的实施例；
图67是根据本公开的各个方面示出对应于启动焊接之前焊接的数据的屏幕的实施例；
图68是根据本公开的各个方面示出焊接试验参数的概况的屏幕的实施例；
图69是根据本公开的各个方面示出对应于焊接试验期间的焊接的包括电弧参数的数据的屏幕的实施例；
图70是根据本公开的各个方面示出对应于焊接的包括热输入的数据的屏幕的实施例；
图71是根据本公开的各个方面的焊炬相对于工件的指向的实施例的简图；
图72是根据本公开的各个方面的可以通过标记工具施加到工件的标记物的实施例；
图73是根据本公开的各个方面的可以通过标记工具施加到工件的标记物的实施例；
图74是根据本公开的各个方面的可以通过标记工具施加到工件的标记物的实施例；
图75是根据本公开的各个方面的可以通过标记工具施加到工件的标记物的实施例；
图76是根据本公开的各个方面的具有标记工具和使用标记工具施加到工件的表面的标记物的焊接系统的实施例的立体图；并且
图77是根据本公开的各个方面的校准焊炬的各组可视标记物的方法的实施例。
具体实施方式
图1是一个或多个焊接系统10的实施例的框图。如本文所用，焊接系统可以包括任何合适的焊接相关系统，包括但不限于焊接训练系统、现场焊接系统、遥控焊接训练系统(例如，头盔训练系统)、模拟焊接系统、虚拟现实焊接系统等。例如，焊接系统10可以包括但不限于可从威斯康星州阿普尔顿的Miller Electric购得的LiveArcTM焊接性能管理系统。焊接系统10可以包括用于为各种训练装置提供支撑的焊接支架12。例如，支架12可以被配置成支撑焊接表面、工件82、夹具、一个或多个训练臂等。焊接系统10包括可以由焊接操作者(例如，焊接学员)使用以执行焊接操作(例如，训练操作)的焊炬14。如下面更详细地描述的，焊炬14可以配置有：用户界面，被配置成接收来自焊接操作者的输入；控制电路系统，被配置成处理该输入以及通信接口，被配置成向另一个装置提供输入。此外，焊炬14可以包括一个或多个显示器和/或指示器，以向焊接操作者提供数据。
此外，焊接系统10包括一个或多个感测装置16(例如，传感器、感测组件等)，用于感测一个或多个焊接装置的位置和/或感测一个或多个焊接装置的取向。例如，感测装置16可以用于感测支架12、焊炬14、焊接表面、工件82、夹具、一个或多个训练臂、操作者、标识记号等的位置和/或取向。一个或多个感测装置16可以包括任何合适的感测装置，诸如惯性感测装置或运动追踪装置。此外，感测装置16可以包括一个或多个摄像机，诸如一个或多个红外摄像机、一个或多个可见光谱摄像机、一个或多个高动态范围(HDR)摄像机等。另外，或者在替代方案中，感测装置16可以包括一个或多个深度传感器，以确定相应的深度传感器16与对象(例如焊炬14、工件82、操作者等)之间的相对距离。感测装置16可以定位在训练系统10的焊接环境周围的各种位置中，从而使得一些感测装置16能够在其他感测装置16被遮蔽时监测焊接环境(例如，追踪对象的运动)。例如，与焊接头盔41整合的感测装置16(例如，摄像机、深度传感器)可以有助于当焊炬14因为工件82或操作者而从其它感测装置16来看至少部分地被遮蔽时追踪焊炬14相对于工件82的位置、取向和/或运动。例如，设置在焊炬14上的有助于追踪焊炬14的标记物可以对于第一感测装置16部分地遮蔽，但是可以通过头盔41的另一个感测装置16观察到。头盔41的另一个感测装置16可以独立于第一感测装置16。此外，与焊接14整合的感测装置16(例如，加速度计)可以有助于当焊炬14因工件82或操作者而从其它感测装置16(例如摄像机、深度传感器)来看至少部分地被遮蔽时追踪焊炬14相对于工件82的位置、取向和/或运动。
感测装置16可通信地耦接到计算机18。感测装置16被配置成向计算机18提供数据(例如，图像数据、声学数据、感测的数据、六自由度(6DOF)数据等)。此外，感测装置16可以被配置成从计算机18接收数据(例如，配置数据、设置数据、命令、注册设置等)。计算机18包括一个或多个处理器20、存储器装置22和存储装置24。计算机18可以包括但不限于台式计算机、膝上型电脑、平板电脑、移动装置、可佩戴式计算机或其任何组合。处理器20可以用于执行软件，诸如焊接软件、图像处理软件、感测装置软件等。此外，处理器20可以包括一个或多个微处理器，诸如一个或多个“通用”微处理器、一个或多个专用微处理器和/或专用集成电路(ASICS)或其某种组合。例如，处理器20可以包括一个或多个精简指令集(RISC)处理器。
存储装置24(例如，非易失存储器)可以包括ROM、闪存、硬盘驱动器或任何其他合适的光学、磁或固态存储介质，或其组合。存储装置24可以存储数据(例如，对应于焊接操作的数据、对应于焊接操作的视频和/或参数数据、对应于操作者的身份和/或登记号的数据、对应于过往操作者表现的数据等)、指令(例如，用于焊接系统、感测装置16等的软件或固件)以及任何其他合适的数据。如将理解的，对应于焊接操作的数据可以包括焊接操作的视频录像、模拟视频、焊炬14的取向、焊炬14的位置、工作角、行进角、焊炬14的接触末端与工件之间的距离、行进速度、指向、电压、电流、横越路径、不连续性分析、焊接装置设置等。
存储装置22可以包括诸如随机存取存储器(RAM)的易失性存储器和/或诸如只读存储器(ROM)的非易失性存储器。存储装置22可以存储各种信息，并且可以用于各种目的。例如，存储装置22可以存储处理器可执行指令(例如，固件或软件)以使处理器20执行诸如用于焊接训练模拟、用于感测装置16和/或用于操作者识别系统43的指令。此外，在操作过程中用于各种焊接过程的各种控制方案以及相关联的设置和参数可以与被配置成提供特定输出(例如，启动送丝、实现气体流动、捕获焊接电流数据、检测短路参数、确定飞溅量等)的代码一起存储在存储装置24和/或存储器装置22中。焊接电源28可以用于向现场电弧焊接操作(例如，其中建立实际焊接电弧的真实世界焊接操作)提供焊接电力，并且送丝器30可以用于向现场电弧焊接操作提供焊丝。
焊接系统10包括用于显示与焊接相关联的数据和/或屏幕(例如，以显示对应于焊接软件的数据)的显示器32。例如，显示器32可以向焊接操作者(例如，焊接教员、焊接学员)提供图形用户界面。图形用户界面可以提供各种屏幕，以使得焊接教员能够组织一个班级，向该班级提供作业，分析由该班级执行的作业，向个人提供作业，分析由个人执行的作业，添加、改变和/或删除焊接作业的参数等。此外，图形用户界面可以提供各种屏幕，以使得焊接操作者(例如，焊接学员)能够执行焊接作业，查看先前焊接作业的结果等。在某些实施例中，显示器32可以是被配置成接收触摸输入并且向计算机18提供对应于触摸输入的数据的触摸屏显示器。
外部显示器34耦接到计算机18，以使得位置远离焊接系统10的的个人能够查看对应于焊接系统10的数据。此外，网络装置36耦接到计算机18以使得计算机18能够与连接到因特网或另一个网络38的其他装置进行通信(例如，用于向另一个装置提供试验结果和/或用于从另一个装置接收试验结果)。例如，网络装置36可以使得计算机18能够与外部焊接系统40、生产焊接系统42、远程计算机44和/或数据存储系统(例如，云存储系统)318进行通信。如可以理解的，本文所述的焊接系统10可以用于以节约成本的方式来训练焊接学员。在一些实施例中，一个或多个焊接系统10可以包括具有显示器32和一个或多个感测装置16(诸如光学或声学感测装置)的头盔41。如下面详细描述的，头盔41可通信地耦接到计算机18，并且头盔41可以有助于焊接训练和/或焊接监测而不需要训练支架12。在一些实施例中，与头盔41整合的一个或多个感测装置16可以有助于焊接训练和/或焊接监测而不需要位于头盔41外部的单独感测装置16。此外，焊接系统10被配置成以使焊接学员为高质量的生产焊接作准备的方式来将真实焊接与模拟焊接相整合。
操作者识别系统43耦接到计算机18，以使得利用焊接系统10的操作者能够被识别。操作者识别系统43利用一种或多种类型的操作者信息(例如，标识物)来识别操作者。操作者信息可以包括但不限于可重置标识物45(例如，口令、运动顺序、操作者执行的动作)、生物计量标识物47(例如，视网膜扫描、指纹、掌纹、面部轮廓、声音轮廓、操作者固有特征)、至少部分地基于生物计量标识物47、记号49(例如，密钥、密钥卡、射频识别(RFID)标签、通行证、条形码、物理标识物)的信息或其任何组合。另外，或者在替代方案中，教员或管理者可以向操作者识别系统43提供输入以验证操作者的身份，从而授权操作者进行焊接会话(例如，焊接作业)和获得相关联的焊接数据。即，操作者的识别可以涉及一个或多个步骤，诸如通过从操作者所接收的信息进行操作者识别，以及通过从操作者的教员和/或管理者所接收的信息进行操作者验证。在一些实施例中，操作者识别系统43可以利用一个或多个感测装置16以有助于操作者识别。例如，焊接系统10的摄像机或麦克风可以接收生物计量标识物47。此外，操作者识别系统43可以具有被配置成接收一种或多种类型的操作者识别信息的输入装置51(例如，键盘、触摸屏、视网膜扫描器、指纹传感器、摄像机、麦克风、条形码扫描器、无线电收发器等)。
操作者识别系统43可以在执行焊接过程(例如，现场过程、训练过程、模拟过程、虚拟现实过程)之前或在执行该焊接过程之后识别操作者。在一些实施例中，操作者识别系统43可以基于在输入装置51处所接收的一个或多个标识物来允许或禁止操作者利用焊接系统10。例如，操作者识别系统43可以禁止第一操作者(例如，学员)利用焊接系统10，直到操作者识别系统43从第一操作者接收可以识别第一操作者的第一输入。在一些实施例中，焊接系统10可以使得第一操作者能够在不验证第一操作者的身份的情况下执行与焊接系统10的焊接会话；然而，焊接系统10可以仅在至少部分地基于来自第二操作者(例如，教员、管理员)的第二输入验证了第一操作者的身份时才存储和/或传送与这种焊接任务相关联的焊接数据。即，操作者识别系统43可以禁止与焊接会话相关联的焊接数据的存储或传送，直到执行焊接会话的第一操作者的身份由第二操作者验证。此外，焊接系统10的一些实施例可以禁止第一操作者利用焊接系统，直到从第二操作者接收到验证了第一操作者的身份的第二输入，该第二输入是基于来自第一操作者的第一输入初步确定的。在一些实施例中，操作者识别系统43可以在焊接过程中识别操作者，诸如通过焊接过程中的操作者的识别特性。例如，第一操作者握持焊炬的方式可能与第二操作者的不同，并且耦接到操作者识别系统43的感测装置16(例如，摄像机)可以有助于区分第一操作者和第二操作者。另外，或者在替代方案中，操作者识别系统43可以在焊炬14或头盔41上包括传感器(例如，指纹扫描器、摄像机、麦克风)。在一些实施例中，教员和/或管理者可以在完成焊接过程时确认所识别的操作者执行了焊接过程。
操作者识别系统43可以与计算机18进行通信，以利用所接收的识别信息来确定操作者的身份。在一些实施例中，计算机18可以与网络38和/或远程计算机44进行通信，以确定操作者的身份。计算机18可以在识别操作者时控制显示器32显示与操作者相关联的信息中的至少一些信息。例如，显示器32可以呈现姓名、照片、登记号、经验水平或其任何组合。在一些实施例中，操作者识别系统43可以与一个或多个焊接系统10一起使用。
计算机18可以在由操作者执行相应的焊接会话期间和/或之后接收对应于焊接会话(例如，焊接作业)的焊接数据(例如，焊接参数、电弧参数)。计算机18可以从网络38、一个或多个感测装置16、焊炬14、焊接电源28、送丝器30或头盔41或其任何组合接收焊接数据。另外，或者在替代方案中，计算机18可以使所接收的焊接数据与操作者的身份相关联，诸如通过对操作者来说唯一的登记号、操作者的姓名和/或操作者的照片。此外，计算机18可以将相关联的焊接数据和操作者的身份(例如，登记号)传送到焊接系统10内的数据存储系统或经由网络38传送到位于远方的数据存储系统。焊接数据与操作者的身份的关联性(例如，通过登记号)的重要性明显高过来自操作者的非相关联的焊接数据的收集。即，焊接数据与对操作者来说唯一的登记号的关联性使得在本地的或远离操作者的某人(例如，操作者、教员、管理者)能够通过登记号随时间推移地追踪操作者的表现、进步和技能。
图2是图1的焊接系统10的各部分的实施例的框图。如图所示，配电组件46向焊炬14和计算机18提供电力。此外，焊炬14包括被配置成控制焊炬14的操作的控制电路系统52。在图示的实施例中，控制电路系统52包括一个或多个处理器54、存储器装置56和存储装置58。在其他实施例中，控制电路系统52可以不包括处理器54、存储器装置56和/或存储装置58。处理器54可以用于执行软件，例如焊炬软件。此外，处理器54可以类似于先前描述的处理器20。此外，存储器装置56可以类似于存储器装置22，并且存储装置58可以类似于存储装置24。
焊炬14包括用于使得焊接操作者(例如，焊接学员、焊接教员等)能够与焊炬14交互和/或向焊炬14提供输入的用户界面60。例如，用户界面60可以包括按钮、开关、触摸屏、触摸板、扫描器等。由焊接操作者提供给焊炬14的输入可以提供给计算机18。例如，提供给焊炬14的输入可以用于控制正由计算机18执行的焊接软件。这样，焊接操作者可以使用焊炬14上的用户界面60来导航焊接软件屏幕、设置程序、数据分析、焊接进程，在焊接软件内进行选择，配置焊接软件等。因此，焊接操作者可以使用焊炬14来控制焊接软件(例如，焊接操作者不必放下焊炬14来使用不同的输入装置)。焊炬14还包括视觉指示器61，诸如显示器62和LED 64。视觉指示器61可以被配置成指示或显示对应于焊接、焊接训练和/或焊接软件的数据和/或图像。例如，视觉指示器61可以被配置成指示焊炬取向、焊炬行进速度、焊炬位置、接触末端到工件的距离、焊炬14的指向、焊接操作者的训练信息等。此外，视觉指示器61可以被配置成在焊接之前、焊接期间和/或焊接之后提供视觉指示。在某些实施例中，LED64可以发光以有利于它们由感测装置16检测到。在此类实施例中，LED 64可以被定位成使得感测装置16能够基于LED 64的空间位置来确定焊炬14的位置和/或取向。每个LED 64可以以可见光谱、红外光谱或紫外光谱或其组合发光。
如可以理解，图71示出焊炬14的指向的实施例。在焊丝电极174沿着焊炬14的轴线53延伸的情况下，沿着轴线53从焊丝电极延伸的投影线55在交点57处与工件82相交。如本文所用，术语“指向”可以被定义为沿着工件82在交点57与工件82的接头67的中心63之间的最短距离59。
返回到图2，在某些实施例中，焊炬14包括功率转换电路系统66，该功率转换电路系统66被配置成从配电组件46、计算机18或另一个装置接收电力，并且转换所接收的电力以向焊炬14供电。在某些实施例中，焊炬14可以接收已经转换的电力和/或不利用电力转换。此外，在一些实施例中，焊炬14可以由电池或任何合适的供电机构供电。焊炬14还包括通信接口68(例如，RS-232驱动器)，以有助于焊炬14与计算机18之间的通信。因此，提供给焊炬14的输入可以提供给计算机18。
焊炬14包括扳机70，该扳机70被配置成在断开位置(如图所示)与闭合位置之间机械地致动扳机开关72。扳机70提供导线71以将信号携带到控制电路系统52以指示扳机开关72是处于断开位置还是闭合位置。送丝器30、焊接电源28和/或计算机18可以确定是否存在通过焊炬14跨第一扳机导线74和第二扳机导线76的连续性。扳机开关72电耦接在第一扳机导线74与第二扳机导线76之间。跨第一扳机导线74和第二扳机导线76的连续性可以通过在导线74和76上施加电压，在导线74和76上施加电流，测量导线74和76上的电阻等方式来确定。在某些实施例中，第一扳机导线74的一些部分和/或第二扳机导线76的一些部分可以设置在焊炬14的连接器内。此外，在某些实施例中，焊炬14内的开关和/或导线的布置可以不同于图2所示的布置。
焊接电源28可以基于是否存在跨导线74和76的连续性来确定是否使得焊接电力能够流过焊炬14。例如，跨导线74和76存在连续性时，焊接电源28可以使得焊接功率流过焊炬14，并且跨导线74和76存在开路时，焊接电源28可以阻止焊接电力流经焊炬14。此外，跨导线74和76存在连续性时，送丝器30可以向焊炬14提供焊丝，并且跨导线74和76存在开路时，可以阻止焊丝被提供给焊炬14。此外，计算机18可以利用跨导线74和76的连续性和/或扳机70或扳机开关72的位置来启动和/或停止焊接操作、焊接模拟、数据记录等。
在扳机开关72处于断开位置的情况下，存在跨导线74和76的开路，因此扳机开关72的断开位置阻止导线74和76之间的电子流动。因此，焊接电源28可以阻止焊接电力流经焊炬14，并且送丝器30可以阻止焊丝被提供给焊炬14。按下扳机70就会将扳机开关72引导到闭合位置，只要扳机70被按压，扳机开关72就保持在闭合位置。在扳机开关72处于闭合位置的情况下，第一扳机导线74与电连接到扳机开关72和训练开关78的导线77之间存在连续性。
训练开关78电耦接在第一扳机导线74与第二扳机导线76之间。此外，训练开关78由控制电路系统52电控制到断开位置或到闭合位置。在某些实施例中，训练开关78可以是任何合适的电控开关，例如晶体管、继电器等。控制电路系统52可以选择性地将训练开关78控制到断开位置或到闭合位置。例如，当焊接系统10的焊接软件以现场电弧模式运行时，控制电路系统52可以被配置成在扳机70被按压的同时将训练开关78控制到闭合位置以实现现场焊接电弧。相反，当焊接系统10的焊接软件以除了现场电弧模式之外的任何模式(例如，模拟、虚拟现实、增强现实等)运行时，控制电路系统52可以被配置成将训练开关78控制到断开位置以阻止现场焊接电弧(通过阻止导线74和76之间的电子流)。
在某些实施例中，训练开关78可以默认到断开位置，从而建立跨导线74和76的开路。如可以理解，当训练开关78处于断开位置时，不管扳机开关72的位置如何，将存在跨导线74和76的开路(例如，导线74和76之间的电子流动被训练开关78的断开位置阻止)。然而，当训练开关78被控制到闭合位置并且扳机开关72处于闭合位置时，在导线74和76之间建立导电性(例如，实现导线74和76之间的电子流动)。因此，只有在训练开关78处于闭合位置并且扳机开关72处于闭合位置时，焊接电源28才可以使得焊接电力能够流经焊炬14。例如，焊接电力可以从焊接电源28流过焊接电缆80、焊炬14、工件82，并且经由工作电缆84(例如，电极-负、或正极性)返回到焊接电源28。相反，焊接电力可以从焊接电源28流过工作电缆84、工件82、焊炬14，并且经由焊接电缆80(例如，电极正、或反极性)返回到焊接电源28。
如可以理解，训练开关78可以物理地位于焊接系统10的任何合适的部分(诸如计算机18等)中。此外，在某些实施例中，训练开关78的功能可以由焊接系统10中的任何合适的硬件和/或软件代替。
图2A是图1的焊炬14的电路系统的实施例的示意图。在图示的实施例中，扳机开关72选择性地将供电导线(例如，电压源等)连接到导线71。因此，当扳机开关72断开时，没有电压被施加到导线71，并且当扳机开关72闭合时，来自供电导线的电压被提供给导线71。可以由控制电路系统52提供扳机启动信号(例如，TRIGGER-EN)以选择性地控制训练开关78，并且从而控制送丝器启动开关85。例如，当扳机启动信号将训练开关78控制到断开位置时，没有电压被施加到送丝器启动开关85(例如，经由FEEDER-EN连接)，从而将送丝器启动开关85维持在断开位置中。相反，当扳机启动信号将训练开关78控制到闭合位置时，电压被施加到送丝器启动开关85，从而将送丝器启动开关85控制到闭合位置。在送丝器启动开关85处于闭合位置的情况下，导线74和76之间的导电性被建立。虽然提供了焊炬14电路系统的一个示例，但是在焊炬14内可以使用任何合适的电路系统。控制电路系统52的微处理器可以以预先确定的间隔以脉冲方式发送扳机启动信号，以向控制电路系统52的检测电路系统提供扳机启动信号正在正常工作的指示。如果检测电路系统没有检测到扳机启动信号，则扳机可能不被启用。
图3是图1和图2的焊炬14的实施例的立体图。如图所示，用户界面60包括可以用于向焊炬14提供输入的多个按钮86。例如，按钮86可以使得焊接操作者能够通过焊接软件进行导航。此外，焊炬14包括显示器62，该显示器62可以示出对应于焊接软件的焊接操作者数据、对应于焊接操作的数据等。如图所示，LED 64可以位于焊炬14上的各种位置处。因此，LED 64可以发光以有助于被感测装置16检测到。如下面详细讨论的，一组或多组LED 64可以布置在焊炬14上，以不管焊炬在焊接环境中的位置如何均有助于被感测装置16检测到。例如，一组或多组LED 64可以围绕焊炬14布置并且取向(例如居中)在这样的各个方向上：使得感测装置16能够在平卧焊位置、水平焊位置、垂直焊位置和仰焊位置中检测焊炬14的位置和取向。此外，一组或多组LED 64可以使得感测装置16能够基本上连续地检测在启动焊接过程之前焊炬14在焊接环境中的各种焊接位置之间的移动、在焊接过程中焊炬的移动以及在完成焊接过程之后焊炬的移动、或上述任何组合。在一些实施例中，扫描装置65(诸如指纹扫描器)可以布置在焊炬14上。扫描装置65可以是操作者识别系统43的一部分。操作者可以利用扫描装置65来向焊接系统10的操作者识别系统43提供识别信息。例如，操作者可以在执行焊接过程之前和/或之后扫描手指，以有助于验证所识别的操作者执行了焊接过程。在一些实施例中，操作者可以在启动或完成焊接过程的相对短暂的时间窗(例如，大约3、5、10或15秒)内利用扫描装置65来验证操作者的身份。即，如果没有在验证操作者的身份之后的短暂时间窗内启动焊接过程，则焊接系统10和/或焊炬14可以禁止操作者启动或完成焊接过程。因此，操作者识别系统43可以用于减少或消除下列情况：即由第二操作者执行的给定焊接过程的表现以及来自给定焊接过程的相关联焊接数据被错误地归于未执行给定焊接过程的第一操作者。
图4是图1的支架12的实施例的立体图。支架12包括焊接表面88，可以在所述焊接表面88上执行现场焊接(例如，真实焊接、实际焊接)和/或模拟焊接。支脚90为焊接表面88提供支撑。在某些实施例中，焊接表面88可以包括狭槽91，以帮助焊接操作者对工件82进行定位和取向。在某些实施例中，工件82的位置和取向可以提供给焊接系统10的焊接软件以校准焊接系统10。例如，焊接操作者可以向焊接软件提供识别工件82与焊接表面88的哪个狭槽91对准的指示。此外，预定义的焊接作业可以指导焊接操作者将工件82与特定狭槽91对准。在某些实施例中，工件82可以包括延伸部92，该延伸部92被配置成延伸到一个或多个狭槽91中，以便工件82与一个或多个狭槽91对准。如可以理解的，每个狭槽91可以定位在对应于焊接软件中所限定的相应位置的位置处。
焊接表面88包括第一孔93和第二孔94。第一孔93和第二孔94可以一起用于确定焊接表面88的位置和/或取向。如可以理解的，在某些实施例中，至少三个孔可以用于确定焊接表面88的位置和/或取向。在一些实施例中，多于三个孔可以用于确定焊接表面88的位置和/或取向。第一孔93和第二孔94可以定位在焊接表面88上的任何合适的位置处，并且可以是任何合适的大小。在某些实施例中，可以使用第一孔93和第二孔94来校准焊接表面88相对于感测装置16的位置和/或取向。例如，如下面更详细描述的，被配置成由感测装置16感测的校准装置可以插入到第一孔93中，或者接触到第一孔93。当校准装置插入到第一孔93中或接触第一孔93时，被提供给焊接软件(或其他校准软件)的用户输入可以指示校准装置被插入到第一孔93中。因此，焊接软件可以在第一时间从感测装置16(例如，位置和/或取向数据)所接收的第一数据集(例如，校准数据)与第一孔93的位置之间建立相关性。然后校准装置可以插入到第二孔94中，或者接触到第二孔94。当校准装置插入到第二孔94中或接触第二孔94时，被提供给焊接软件的用户输入可以指示校准装置插入到第二孔94中。因此，焊接软件可以在第二时间从感测装置16所接收的第二数据集(例如，校准数据)与第二孔94的位置之间建立相关性。因此，焊接软件能够使用在第一时间所接收的第一数据集和在第二时间所接收的第二数据集来校准焊接表面88相对于感测装置16的位置和/或取向。
焊接表面88还包括第一标记物95和第二标记物96。第一标记物95和第二标记物96可以一起用于确定焊接表面88的位置和/或取向。如可以理解的，在某些实施例中，至少三个标记物可以用于确定焊接表面88的位置和/或取向。在一些实施例中，多于三个标记物可以用于确定焊接表面88的位置和/或取向。第一标记物95和第二标记物96可以由任何合适的材料形成。此外，在某些实施例中，第一标记物95和第二标记物96可以内置在焊接表面88中，而在其他实施例中，第一标记物95和第二标记物96可以附接到焊接表面88。例如，第一标记物95和第二标记物96可以使用粘合剂附接到焊接表面88，和/或第一标记物95和第二标记物96可以是贴纸(例如，胶带)。第一标记物95和第二标记物96可以具有任何合适的形状、大小和/或颜色。此外，在某些实施例中，第一标记物95和第二标记物96可以是由反射材料形成的反射器(例如，后向反射器)。第一标记物95和第二标记物96可以由焊接系统10使用来校准焊接表面88相对于感测装置16的位置和/或取向，而不需要单独的校准装置。因此，第一标记物95和第二标记物96被配置成由感测装置16检测。在某些实施例中，第一标记物95和第二标记物96可以定位在焊接表面88上的预先确定的位置处。此外，焊接软件可以被编程以使用预先确定的位置来确定焊接表面88的位置和/或取向。在其他实施例中，在校准期间第一标记物95和第二标记物96的位置可以被提供给焊接软件。利用焊接表面88上的第一标记物95和第二标记物96，感测装置16可以感测第一标记物95和第二标记物96相对于感测装置16的位置和/或取向。结合第一标记物95和第二标记物96在焊接表面88上的位置使用这个感测数据，焊接软件能够校准焊接表面88相对于感测装置16的位置和/或取向。在一些实施例中，焊接表面88可以是可移除的和/或可反转的。在此类实施例中，例如在焊接表面88磨损的情况下，可以将焊接表面88翻转。
在图示的实施例中，工件82包括第一标记物98和第二标记物99。第一标记物98和第二标记物99可以一起用于确定工件82的位置和/或取向。如可以理解的，至少两个标记物可以用于确定工件82的位置和/或取向。在某些实施例中，多于两个标记物可以用于确定工件82的位置和/或取向。第一标记物98和第二标记物99可以由任何合适的材料形成。此外，在某些实施例中，第一标记物98和第二标记物99可以内置在工件82中，而在其他实施例中，第一标记物98和第二标记物99可以附接到工件82。例如，第一标记物98和第二标记物99可以使用粘合剂附接到工件82，和/或第一标记物98和第二标记物99可以是贴纸。作为另一个示例，第一标记物98和第二标记物99可以被夹到或卡到工件82上。第一标记物98和第二标记物99可以具有任何合适的形状、大小和/或颜色。此外，在某些实施例中，第一标记物98和第二标记物99可以是由反射材料形成的反射器(例如，后向反射器)。第一标记物98和第二标记物99可以由焊接系统10使用来校准工件82相对于感测装置16的位置和/或取向，而不需要单独的校准装置。因此，第一标记物98和第二标记物99被配置成由感测装置16检测。在某些实施例中，第一标记物98和第二标记物99可以定位在工件82上的预先确定的位置处。此外，焊接软件可以被编程以使用预先确定的位置来确定工件82的位置和/或取向。在其他实施例中，在校准期间第一标记物98和第二标记物99的位置可以提供给焊接软件。利用工件82上的第一标记物98和第二标记物99，感测装置16可以感测第一标记物98和第二标记物99相对于感测装置16的位置和/或取向。结合第一标记物98和第二标记物99在工件82上的位置使用这个感测数据，焊接软件可以能够校准工件82相对于感测装置16的位置和/或取向。虽然本文已经将标记物95、96、98和99描述为由感测装置16检测到的，但是在某些实施例中，标记物95、96、98和99可以指示(为了使用校准装置进行校准)校准装置要被接触的位置，如先前所述。
支架12包括第一臂100，所述第一臂100从焊接表面88垂直延伸并且被配置成向感测装置16和显示器32提供支撑。旋钮101附接到第一臂100，并且可以用于调节感测装置16相对于第一臂100的取向。例如，当调节旋钮101时，延伸穿过第一臂100的机械部件可以调节感测装置16的角度。显示器32包括盖102，以保护显示器32免受在现场焊接操作期间可能发生的焊接放射物的影响。盖102可以由任何合适的材料制成，例如透明材料、聚合物等。通过使用透明材料，焊接操作者可以在盖102定位在显示器32的前方时(诸如在焊接操作之前、期间和/或之后)观察显示器32。感测装置16可以包括耦接到第一臂100的用于记录焊接操作的摄像机104。在某些实施例中，摄像机104可以是高动态范围(HDR)摄像机。此外，感测装置16可以包括耦接到第一臂100的发射器105。发射器105可以用于校准焊接表面88相对于感测装置16的位置和/或取向。例如，发射器105可以被配置成将可见图案发射到焊接表面88、工件82、焊炬14或操作者或其任何组合上。即，由发射器105发射的图案对于摄像机104是可见的。发射器105可以以期望的波长(诸如红外光谱、可见光谱或紫外光谱中的波长(例如，大约1mm至120nm))发射可见图案。可见图案可以显示在焊接表面88和/或工件82上。此外，可见图案可以由感测装置16检测以校准焊接表面88相对于感测装置16的位置和/或取向。例如，基于可见图案的特定特征，可以由感测装置16和/或焊接软件确定对准和/或取向。此外，可以使用发射器105发射的可见图案来有助于将工件82定位在焊接表面88上。如下面更详细讨论的，在焊接前，可以由感测装置16(例如，摄像机104)检测可见图案以确定工件82的形状(例如，管状、S形、I形、U形)、操作者或焊炬14的位置。在一些实施例中，在焊接期间可以由感测装置16检测可见图案以检测工件82、操作者、焊炬14或其任何组合。
在一些实施例中，支架12的一个或多个感测装置16可以包括耦接到第三臂107的第二摄像机109，用于以与摄像机104类似的方式录制焊接操作。此外，耦合到第三臂107的第二发射器113可以将可见图案发射到焊接表面88、工件82、焊炬14或操作者或其任何组合上。第二发射器113可以以期望的波长(诸如红外光谱、可见光谱或紫外光谱中的波长)发射可见图案。从第二发射器113发射的可见图案可以是与由发射器105发射的可见图案大致相同的波长或不同的波长。如可以理解的，第二摄像机109和第二发射器113可以被定位成相比摄像机104和发射器105具有相对于工件82的不同取向(例如，垂直、大于约5、10、20、30、45、50、60、75或80度或更大角度)，从而能够在任一臂100、107的感测装置16从焊接环境的一部分的视线来看被遮蔽的情况下确定工件82的形状、操作者的位置或焊炬14的位置。在一些实施例中，感测装置16可以包括布置在焊接环境周围的支架12上或支架12外的各个点处的多套摄像机和发射器，以有助于在一个或多个感测装置从焊接环境的视线来看被遮蔽的情况下监测对象在焊接环境中的位置和移动。如下面更详细讨论的，接收器(例如，摄像机104)和发射器105可以与焊接头盔41整合在一起，从而使得训练系统10能够监测焊炬14和工件相对于焊接头盔41的位置和/或取向。
支架12还包括第二臂106，所述第二臂106从焊接表面88垂直延伸并被配置成向焊板108(例如，垂直焊板、水平焊板、仰焊板等)提供支撑。第二臂106可以是可调节的，以有利于在不同高度处的仰焊。此外，第二臂106可以以多种不同的方式制造，以有利于在不同高度处的仰焊。焊板108使用安装组件110耦接到第二臂106。如箭头111所示，安装组件110有助于焊板108的旋转。例如，焊板108可以以从大致在如图所示的水平面中延伸(例如，用于仰焊)的状态旋转到大致在垂直平面中延伸(例如，用于垂直焊)的状态。焊板108包括焊接表面112。焊接表面112包括狭槽114，所述狭槽114类似于焊接表面88上的狭槽91，可以帮助焊接操作者将工件82定位在焊接表面112上。在某些实施例中，工件82的位置可以被提供给焊接系统10的焊接软件以校准焊接系统10。例如，焊接操作者可以向焊接软件提供识别工件82与焊接表面112的哪个狭槽114对准的指示。此外，预定义的焊接作业可以指导焊接操作者将工件82与特定狭槽114对准。在某些实施例中，工件82可以包括延伸部，该延伸部被配置成延伸到一个或多个狭槽114中，以便使工件82与一个或多个狭槽114对准。如可以理解的，每个狭槽114可以定位在对应于焊接软件中所限定的相应位置的位置处。
焊接表面112还包括第一标记物116和第二标记物118。第一标记物116和第二标记物118可以一起用于确定焊接表面112的位置和/或取向。如可以理解的，至少两个标记物可以用于确定焊接表面112的位置和/或取向。在某些实施例中，多于两个标记物可以用于确定焊接表面112的位置和/或取向。第一标记物116和第二标记物118可以由任何合适的材料形成。此外，在某些实施例中，第一标记物116和第二标记物118可以内置在焊接表面112(或焊板108的另一个部分)中，而在其他实施例中，第一标记物116和第二标记物118可以附接到焊接表面112(或焊板108的另一个部分)。例如，第一标记物116和第二标记物118可以使用粘合剂附接到焊接表面112，和/或第一标记物116和第二标记物118可以是贴纸(例如，胶带)。作为另一个示例，第一标记物116和第二标记物118可以被夹到或卡到焊接表面112上。在一些实施例中，第一标记物116和第二标记物118可以被整合到保持夹具中，所述保持夹具夹紧在焊接样片上。第一标记物116和第二标记物118可以具有任何合适的形状、大小和/或颜色。此外，在某些实施例中，第一标记物116和第二标记物118可以是由反射材料形成的反射器(例如，后向反射器)。
第一标记物116和第二标记物118可以由焊接系统10使用来校准焊接表面112相对于感测装置16的位置和/或取向，而不需要单独的校准装置。因此，第一标记物116和第二标记物118被配置成由感测装置16检测。在某些实施例中，第一标记物116和第二标记物118可以定位在焊接表面112上的预先确定的位置处。此外，焊接软件可以被编程以使用预先确定的位置来确定焊接表面112的位置和/或取向。在其他实施例中，在校准期间第一标记物116和第二标记物118的位置可以被提供给焊接软件。利用焊接表面112上的第一标记物116和第二标记物118，感测装置16可以感测第一标记物116和第二标记物118相对于感测装置16的位置和/或取向。结合第一标记物116和第二标记物118在焊接表面112上的位置使用这个感测数据，焊接软件能够校准焊接表面112相对于感测装置16的位置和/或取向。此外，感测装置16可以在焊接期间感测和/或追踪第一标记物116和第二标记物118，以说明在焊接期间可能发生的焊板108的任何移动。虽然本文已经将标记物116和118描述为由感测装置16检测到的，但是在某些实施例中，标记物116和118可以指示(为了使用校准装置进行校准)校准装置要被接触或插入的位置，如先前所述。
图5是校准装置120的实施例的立体图。在一些实施例中，校准装置120的形状像火炬，并且可以用于校准焊接表面88和112相对于感测装置16的位置和/或取向。在其他实施例中，校准装置120可以用于校准焊接接头的位置和/或取向。校准装置120包括手柄122和喷嘴124。喷嘴124包括尖的末端126，所述尖的末端126可以用于接触用于校准的位置和/或插入到用于校准的孔中。校准装置120还包括用户界面128，所述用户界面128使得焊接操作者能够提供输入，该输入对应于校准装置120正接触用于校准的位置和/或正插入到用于校准的孔中的时间。此外，在某些实施例中，校准装置120包括被配置成由感测装置16感测的标记物130。如图所示，标记物130从校准装置120延伸。然而，在其他实施例中，标记物130可以不从校准装置120延伸。标记物130可以是被配置成由感测装置16(例如，摄像机)检测的任何合适的标记物。此外，标记物130可以是任何合适的大小、形状和/或颜色。
在校准期间，感测装置16可以感测校准装置120的位置和/或校准装置120的取向。校准装置120的位置和/或取向可以由焊接软件使用来确定焊接表面88和112中的一个或多个相对于感测装置16的位置和/或取向、工件82相对于感测装置16的位置和/或取向、夹具相对于感测装置16的位置和/或取向等。因此，校准装置120可以有助于焊接系统10的校准。在一些实施例中，托盘可以定位在焊接表面88的下方，用于储存校准装置120。此外，在某些实施例中，如果校准装置120能够被感测装置16追踪，则可以禁用现场焊接(例如，以阻止飞溅物接触校准装置120)。
图6是夹具组件132的实施例的立体图。夹具组件132可以定位在焊接表面88和/或焊接表面112上，并且可以将工件82固定在其上。在某些实施例中，夹具组件132可以被配置成与狭槽92和114中的一个或多个对准。在其他实施例中，夹具组件132可以放置在焊接表面88和/或焊接表面122上的任何位置处。夹具组件132还包括第一标记物134和第二标记物136。第一标记物134和第二标记物136可以一起用于确定夹具组件132的位置和/或取向。如可以理解的，至少两个标记物可以用于确定夹具组件132的位置和/或取向。第一标记物134和第二标记物136可以由任何合适的材料形成。此外，在某些实施例中，第一标记物134和第二标记物136可以内置在夹具组件132中，而在其他实施例中，第一标记物134和第二标记物136可以附接到夹具组件132。例如，第一标记物134和第二标记物136可以使用粘合剂附接到夹具组件132，和/或第一标记物134和第二标记物136可以是贴纸(例如，胶带)。第一标记物134和第二标记物136可以具有任何合适的形状、大小和/或颜色。此外，在某些实施例中，第一标记物134和第二标记物136可以是由反射材料形成的反射器(例如，后向反射器)。第一标记物134和第二标记物136可以由焊接系统10使用来校准夹具组件132相对于感测装置16的位置和/或取向，而不需要单独的校准装置。因此，第一标记物134和第二标记物136被配置成由感测装置16检测。在某些实施例中，第一标记物134和第二标记物136可以定位在夹具组件132上的预先确定的位置处。此外，焊接软件可以被编程以使用预先确定的位置来确定夹具组件132的位置和/或取向。在其他实施例中，在校准期间第一标记物134和第二标记物136的位置可以被提供给焊接软件。利用夹具组件132上的第一标记物134和第二标记物136，感测装置16可以感测第一标记物134和第二标记物136相对于感测装置16的位置和/或取向。结合第一标记物134和第二标记物136在夹具组件132上的位置使用这个感测数据，焊接软件能够校准夹具组件132相对于感测装置16的位置和/或取向。虽然本文已经将第一标记物134和第二标记物136描述为由感测装置16检测到的，但是在某些实施例中，第一标记物134和第二标记物136可以指示(为了使用校准装置120进行校准)校准装置要被接触或插入的位置，如先前所述。
在图示的实施例中，夹具组件132被配置成将工件82的下部部分138固定到工件82的上部部分140，以执行搭焊。在其他实施例中，夹具组件132可以被配置成固定工件82的各部分以便执行对接焊接、角焊等，以帮助焊接操作者执行焊接。夹具组件132包括从基座143延伸的垂直臂142。横杆144在垂直臂142之间延伸，并且固定到垂直臂142。调节机构146(例如，旋钮)可以被调节以朝向工件82引导锁定装置148，以便将工件82固定在夹具组件132的锁定装置148与基座143之间。相反地，调节机构146可以被调节以将锁定装置148远离工件82地引导，以便将工件82从锁定装置148与基座143之间移除。因此，工件82可以选择性地固定到夹具组件132。
图7是焊丝外伸长度校准工具150的立体图。工具150被配置成将从焊炬喷嘴延伸出的焊丝的长度校准到可选择的长度。因此，工具150包括第一手柄152和第二手柄154。工具150还包括附接到工具150的中心部分157并从中心部分157向外延伸所选择的距离的焊炬喷嘴保持器156。在图示的实施例中，焊炬喷嘴保持器156具有大致圆柱形本体158(例如，杯形)；然而，在其他实施例中，焊炬喷嘴保持器156的本体158可以具有任何合适的形状。此外，焊炬喷嘴保持器156被配置成通过喷嘴入口160接收焊炬喷嘴，以使得焊炬喷嘴延伸到本体158中。此外，焊炬喷嘴保持器156包括开口162，该开口162被配置成使得焊丝能够延伸到焊炬喷嘴保持器156的端部之外，并阻止焊炬喷嘴延伸穿过开口162。当焊炬喷嘴延伸到焊炬喷嘴保持器156中时，焊丝从焊炬喷嘴保持器156的开口162朝工具150的刀片组件164延伸出。刀片组件164包括被配置成接触焊丝的一个或多个侧面165和166。在某些实施例中，侧面165和166两者包括用于切割焊丝的相对两侧的刀片，而在其他实施例中，侧面165和166中的仅一个包括用于切割焊丝的一侧的刀片，并且另一个侧面包括朝向刀片的表面。为了校准焊丝的长度，焊丝可以延伸穿过开口162并进入到刀片组件164中。可以通过将第一手柄152和第二手柄154朝向彼此挤压来将焊丝切割成可选择的长度，从而校准焊丝从焊炬喷嘴延伸的长度。可以使用调节机构167来选择校准长度，以调节刀片组件164与焊炬喷嘴保持器156的开口162之间的距离168。因此，使用工具150，可以校准焊丝从焊炬喷嘴延伸的长度。
图8是图7的焊丝外伸长度校准工具150的顶视图。如图所示，焊炬14可以与工具150一起使用。具体地，焊炬14的喷嘴170可以在方向172上插入到焊炬喷嘴保持器156中。从焊炬14延伸的焊丝174被引导通过喷嘴入口160、开口162和刀片组件164。因此，可以一起挤压第一手柄152和第二手柄154以将焊丝174切割成由调节机构167设定的距离168(例如，校准长度)。
图9是用于校准焊丝从焊炬14伸出的长度的方法176的实施例。工具150可以用于使用各种方法校准焊丝174从喷嘴170延伸的长度。在方法176中，可以针对所选择的焊丝174长度来调整焊丝外伸长度校准工具150的调节机构167(方框178)。例如，焊炬喷嘴保持器156距工具150的距离168可以设定到约0.5cm至2.0cm、1.0cm至3.0cm等之间的范围。焊炬14可以插入到工具150的焊炬喷嘴保持器156中，以使得焊炬14的喷嘴170抵接到焊炬喷嘴保持器156，并且焊丝174延伸穿过焊炬喷嘴保持器156的开口162(方框180)。在某些实施例中，焊丝174可以足够长以延伸穿过刀片组件164。然而，如果焊丝174不延伸穿过刀片组件164，则焊接操作者可以致动焊炬14的扳机70以供给焊丝174，以使得焊丝174延伸穿过刀片组件164(方框182)。因此，焊接操作者可以按压工具150的手柄152和154，以切割延伸穿过刀片组件164的焊丝174，并且从而校准焊丝174的长度(方框184)。
图10是具有物理标记物的焊接耗材186的实施例的立体图。焊接耗材186可以是任何合适的焊接耗材，诸如焊棒、焊条或焊接电极。焊接耗材186包括物理标记188、190、192、194、196、198、200、202和204。物理标记188、190、192、194、196、198、200、202和204可以是任何合适的物理标记。例如，物理标记188、190、192、194、196、198、200、202和204可以包括条形码、图像、形状、颜色、文字、一组数据等。在某些实施例中，物理标记188、190、192、194、196、198、200、202和204可以被激光蚀刻而成。此外，在某些实施例中，物理标记188、190、192、194、196、198、200、202和204可以用用裸眼观察到(例如，在可见光谱内)，而在其他实施例中，物理标记188、190、192、194、196、198、200、202和204可能无法用裸眼观察到(例如，不在可见光谱内)。
物理标记188、190、192、194、196、198、200、202和204中的每一个均指示焊接耗材186上的相对于焊接耗材186的第一端206或第二端208的位置。例如，物理标记188可以指示距第一端206的距离、距第二端208的距离或者相对于焊接耗材186的某个其他位置。在某些实施例中，物理标记188、190、192、194、196、198、200、202和204可以指示对应于第一端206和/或第二端208的序号。例如，物理标记188可以指示表示其是从第一端206算起的第一个物理标记的序号“1”和/或物理标记188可以指示表示其是从第二端208算起的第九个物理标记的序号“9”。处理装置可以使用查找表来基于由物理标记指示的序号确定该物理标记距第一端206或第二端208的距离。
可以包括感测装置16的基于摄像机的检测系统或其他类型的系统被配置成在现场电弧焊接或焊接模拟期间检测物理标记188、190、192、194、196、198、200、202和204。此外，基于摄像机的检测系统被配置成基于检测到的物理标记确定焊接耗材186的剩余长度、焊接耗材186的已消耗长度、焊接耗材186的使用速率、焊接耗材186的浸渍速率等。因此，对应于焊接耗材186的使用的数据可以由焊接系统10追踪以用于训练和/或分析。
图11是具有物理标记212、214、216和218的焊丝210的实施例的立体图。物理标记212、214、216和218可以是任何合适的物理标记。例如，物理标记212、214、216和218可以包括条形码、图像、形状、文字、一组数据等。在某些实施例中，物理标记212、214、216和218可以被激光蚀刻而成。此外，在某些实施例中，物理标记212、214、216和218可以用裸眼观察到(例如，在可见光谱内)，而在其他实施例中，物理标记212、214、216和218可能无法用裸眼观察到(例如，不在可见光谱内)。
物理标记212、214、216和218中的每一个均指示焊丝210上的相对于焊丝210的第一端220或第二端222的位置。例如，物理标记212可以指示距第一端220的距离、距第二端222的距离或者相对于焊丝210的某个其他位置。在某些实施例中，物理标记212、214、216和218可以指示对应于第一端220和/或第二端222的序号。例如，物理标记212可以指示序号“1”，这表示其是从第一端220算起的第一个物理标记和/或物理标记212可以指示序号“4”，这表示其是从第二端222算起的第四个物理标记。处理装置可以使用查找表来基于由物理标记指示的序号确定距第一端220或第二端222的距离。
可以包括感测装置16的基于摄像机的检测系统或其他类型的系统被配置成在现场电弧焊接或焊接模拟期间检测物理标记212、214、216和218。此外，基于摄像机的检测系统被配置成基于检测到的物理标记确定焊丝210的剩余长度、焊丝210的已消耗长度、焊丝210的使用速率、焊丝210的浸渍速率等。因此，对应于焊丝210的使用的数据可以由焊接系统10追踪以用于训练和/或分析。
图12是图4的支架12的垂直臂组件223的实施例的立体图。如图所示，感测装置16附接到第一臂100。此外，感测装置16包括摄像机224和红外发射器226。然而，在其他实施例中，感测装置16可以包括任何合适数量的摄像机、发射器和/或其他感测装置。枢转组件228耦合到第一臂100和耦接到感测装置16，并且使得传感装置16的角度能够在感测装置16如箭头229所示那样旋转时被调节。如可以理解的，调节感测装置16相对于第一臂100的角度会改变感测装置16的视野(例如，以改变由感测装置16感测到的焊接表面88和/或焊接表面112的部分)。在一些实施例中，感测装置16可以布置成在焊接过程完成之前和/或之后观察操作者的至少一部分(例如，手、脸)。通过感测装置16(诸如通过摄像机)观察操作者可以有助于识别操作者和验证所识别的操作者执行了观察到的焊接过程。
绳索230在旋钮101与感测装置16之间延伸。绳索230被引导通过滑轮232以有助于感测装置16的旋转。因此，焊接操作者可以旋转旋钮101以手动调节感测装置16的角度。如可以理解的，绳索230和滑轮232的组合是用于旋转感测装置16的系统的一个示例。应当注意，可以使用任何合适的系统以有助于感测装置16的旋转。虽然示出了旋钮101的一个实施例，但是可以理解的是，任何合适的旋钮均可以用于调节感测装置16的角度。此外，可以使用耦接到绳索230的电动机234来调节感测装置16的角度。因此，焊接操作者可以操作电动机234以调节感测装置16的角度。此外，在某些实施例中，控制电路系统可以耦接到电动机234，并且可以基于感测装置16的期望的视野和/或基于对感测装置16的视野内的对象的追踪来控制感测装置16的角度。
图13是仰焊臂组件235的实施例的立体图。仰焊臂组件235示出使得第二臂106能够具有可调节的高度的制造设计的一个实施例。因此，如可以理解的，第二臂106可以以多种方式制造成具有可调节的高度。如图所示，仰焊臂组件235包括用于使第二臂106如箭头238所示垂直地上升和/或下降的手柄236。仰焊臂组件235包括锁定装置240，以将第二臂106锁定在期望的高度处。例如，锁定装置240可以包括按钮，该按钮被按压来使被配置成延伸到开口242中的闩锁脱离接合，从而解锁第二臂106使其不被固定到侧轨243。在第二臂106从侧轨243解锁的情况下，手柄236可以被垂直地调节到期望的高度，从而将板112调节到期望的高度。如可以理解的，释放按钮可能导致闩锁延伸到开口242中并将第二臂106锁定到侧轨243。如可以理解的，锁定装置240可以如所描述的那样手动地操作和/或锁定装置240可以由控制系统控制(例如，自动地控制)。此外，第二臂106可以使用控制系统垂直地上升和/或下降。例如，在某些实施例中，焊接软件可以控制第二臂106自动地移动到期望的位置。因此，板112可以被调节到用于仰焊的期望的高度。
图14是焊接系统10的具有多种模式的焊接软件244(例如，焊接训练软件)的实施例的框图。如图所示，焊接软件244可以包括以下模式中的一个或多个：被配置成使用现场(例如，实际)焊接电弧进行训练的现场电弧模式246、被配置成使用焊接模拟进行训练的模拟模式248、被配置成使用虚拟现实(VR)模拟来进行训练的VR模式250和/或被配置成使用增强现实模拟来进行训练的增强现实模式252。
焊接软件244可以从音频输入254接收信号。音频输入254可以被配置成使得焊接操作者能够使用可听命令来操作焊接软件244(例如，语音激活)。此外，焊接软件244可以被配置成提供音频输出256和/或视频输出258。例如，焊接软件244可以使用音频输出256向焊接操作者提供可听信息。这种可听信息可以包括用于配置(例如，设置)焊接系统10的指令、在焊接操作期间提供给焊接操作者的实时反馈、在执行焊接操作之前给焊接操作者的指令、在执行焊接操作之后给焊接操作者的指令、警告等。
图15是焊接软件244的VR模式250的实施例的框图。VR模式250被配置成向焊接操作者提供VR模拟260。VR模拟260可以通过VR耳机、VR眼镜、VR显示器或任何合适的VR装置显示给焊接操作者。在一些实施例中，焊接系统10的头盔41的显示器32可以有助于VR模拟260。VR模拟260可以被配置成包括各种虚拟对象，诸如图15所示的对象，其能够实现焊接操作者与VR模拟260内的各种虚拟对象中的所选择的虚拟对象之间的交互。例如，虚拟对象可以包括虚拟工件262、虚拟焊接支架264、虚拟焊炬266、虚拟焊丝切割器268、虚拟软件配置270、虚拟训练数据结果272和/或虚拟手套274。
在某些实施例中，焊接操作者可以与虚拟对象交互而不接触实物。例如，感测装置16可以检测焊接操作者的移动，并且可以基于焊工操作者在现实世界中的移动而导致在VR模拟260中发生类似的移动。在其他实施例中，焊接操作者可以使用手套或焊炬14来与虚拟对象交互。例如，手套或焊炬14可以由感测装置16检测到，和/或手套或焊炬14可以对应于VR模拟260中的虚拟对象。此外，焊接操作者可以能够使用虚拟软件配置270和/或虚拟训练数据结果272来在VR模拟260内操作焊接软件244。例如，焊接操作者可以使用他们的手、手套或焊炬14来选择焊接软件244内的项，这些项在VR模拟260内虚拟地显示。此外，焊接操作者可以执行其他动作，诸如拾取焊丝切割器以及切割从虚拟焊炬266延伸的虚拟焊丝，这些都是在VR模拟260内完成的。
图16是用于整合训练结果数据、非训练结果数据、模拟结果数据等的方法276的实施例。方法276包括计算机18的焊接软件244从存储装置(例如，存储装置24)接收第一组焊接数据(方框278)。第一组焊接数据可以包括对应于第一焊接会话(例如，焊接作业)的焊接数据。方法276还包括焊接软件244从存储装置接收第二组焊接数据(方框280)。在某些实施例中，第一组焊接数据和/或第二组焊接数据可以从网络存储装置接收。网络存储装置可以被配置成从焊接系统10和/或外部焊接系统40接收焊接数据和/或向该焊接系统10和/或该外部焊接系统40提供焊接数据。焊接软件244可以将第一组焊接数据和第二组焊接数据整合到图表中，以实现第一组焊接数据与第二组焊接数据之间的视觉比较(方框282)。如可以理解的，图表可以是柱状图、饼图、折线图、直方图等。在某些实施例中，将第一组焊接数据与第二组焊接数据进行整合包括过滤第一组焊接数据和第二组焊接数据以显示第一组焊接数据的子集和第二组焊接数据的子集。焊接软件244可以向显示装置(例如，显示器32)提供图表(方框284)。在某些实施例中，向显示装置提供图表包括提供图表上的可选择的元素，当可选择的元素被选择时，显示对应于可选择的元素的相应选定元素的数据(例如，从图表中选择焊丝速度可以改变屏幕来显示特定焊接会话(例如，焊接作业)的焊丝速度历史)。
第一组焊接数据和/或第二组焊接数据可以包括焊炬取向、焊炬行进速度、焊炬位置、接触末端到工件的距离、焊炬的指向、焊接分数、焊接等级等。此外，第一组焊接数据和第二组焊接数据可以对应于由一个焊接操作者和/或焊接操作者班级执行的训练。此外，第一焊接会话(例如，焊接作业)和第二焊接会话(例如，焊接作业)可以对应于由一个焊接操作者和/或焊接操作者班级执行的训练。在某些实施例中，第一焊接作业可以对应于由第一焊接操作者执行的训练，并且第二焊接作业可对应于由第二焊接操作者执行的焊接。此外，第一作业和第二作业可以对应于相同的焊接场景。另外，或者在替代方案中，第一组焊接数据和第二组焊接数据可以对应于由训练环境(例如，生产车间)之外的一个焊接操作者和/或焊接操作者班级执行的焊接会话(例如，焊接作业)。
图17是示出焊接操作者的多组焊接数据的图表285的实施例。图表285可以由焊接软件244产生，并且可以提供给显示器32，教员以等待焊接教员使用以回顾由焊接学员执行的焊接操作，和/或可以提供给显示器32，以等待焊接学员使用以检查由该焊接学员执行的焊接操作。图表285示出由焊接操作者执行的第一组焊接作业的不同会话(例如，作业)之间的柱状图比较。第一组焊接会话(例如，焊接作业)包括会话(例如，作业)286、288、290、292和294。图表285还示出由焊接操作者执行的第二组焊接会话(例如，焊接作业)的不同作业之间的柱状图比较。第二组焊接会话(例如，焊接作业)包括会话(例如，作业)296、298、300、302和304。因此，焊接会话(例如，焊接作业)可以彼此之间进行比较以用于分析、指导、认证和/或训练的目的。如图所示，焊接会话(例如，焊接作业)可以使用以下任何数量的标准中的一个来彼此之间进行比较，所述标准诸如为总分数、工作角、行进角、行进速度、触点到工件的距离、指向、模式(例如，现场电弧模式、模拟模式等)、完成状态(例如，完成、未完成、部分完成等)、接头类型(例如，圆角、对接、T形、搭接等)、焊接位置(例如，平焊、垂直焊、仰焊等)、使用的金属类型、填料金属类型等。
焊接软件244可以将操作者与在焊接会话(例如，现场电弧焊接作业、模拟焊接作业等)期间获取的焊接数据(例如，电弧参数、焊接参数)相关联。例如，焊接软件244可以通过操作者姓名291、操作者登记号293、操作者照片295等来识别焊接操作者。例如，可以利用上面参照图1讨论的操作者识别系统43来确定操作者登记号293。即，每个操作者登记号293可以对应于操作者姓名291和一组识别信息(例如，可重置信息45、生物计量信息47、令牌49)。在一些实施例中，登记号293可以在与登记号293相关联的一段不活动时间(例如，1、3、5、10年或更多年)之后重置或重新分配给另一个操作者。登记号293对于每个操作者可以是唯一的。在一些实施例中，登记号293可以由操作者保留一段延长时间(例如，职业生涯、寿命)而不管与登记号293相关联的活动程度如何。即，登记号293可以是与一个焊接系统10上或经由网络38耦合的焊接系统10的网络上的每个操作者相关联的永久标识物。与登记号293相关联的焊接数据可以维护在本地或维护在一个或多个数据存储系统(诸如耦接到焊接系统10的网络38的云存储系统或数据库)内。网络38的数据存储系统318(例如，云存储系统)可以由制造商或另一方维护，从而使得与某个登记号293相关联的焊接数据能够被保持，与具有登记号293的操作者的工作状态无关。例如，操作者登记号293和数据存储系统(例如，云存储系统)可以有助于来自在训练期间、在模拟期间、在第一职业期间、在第二职业期间、在私人时间内或其任何组合期间执行的焊接过程的与操作者相关联的焊接数据的保留。在一些实施例中，用于特定焊接操作者的存储在焊接系统10的计算机18的存储器22或存储装置24内的焊接数据(例如，操作者登记号293)可以与数据存储系统(例如，云存储系统)选择性地或自动地同步。
焊接历史数据(诸如图表285的数据)与每个登记号293相关联。在一些实施例中，焊接历史数据由焊接系统10的焊接软件244自动获取并存储在数据存储系统(例如，云存储系统)中。另外，或者在替代方案中，焊接历史数据可以经由远程计算机44直接加载到网络38的数据存储系统(例如，云存储系统)。焊接软件244可以经由焊接历史控件297来有助于访问焊接历史数据。此外，焊接软件244可以使得操作者能够经由个人用户控件299将个人信息与登记号293相关联。与登记号293相关联的操作者可以输入操作者所属的一个或多个组织(例如，培训中心、学校、雇主、贸易组织)、经验、各种焊接工艺和/或焊接位置的认证、简历或其任何组合。此外，不管所属组织、经验、认证或其任何组合如何变化，登记号293仍可以保持与操作者相关联。
图18是示出与班级的焊接数据相比，一个焊接者的焊接数据的图表305的实施例；例如，对于第一作业，图表305示出与班级的分数308(例如，平均分数、中值分数或某个其他分数)相比一个焊接操作者的分数306。此外，对于第二作业，焊接操作者的分数310与该班级的分数312(例如，平均分数、中值分数或某个其他分数)进行比较。此外，对于第三作业，焊接操作者的分数314与该班级的分数316(例如，平均分数、中值分数或某个其他分数)进行比较。如可以理解的，来自一个或多个焊接操作者的分数可以与全班级的分数进行比较。这种比较使得焊接教员能够评估各个焊接学员相比于该焊接学员所在班级的进步。此外，来自一个或多个焊接操作者的分数可以与一个或多个其他焊接操作者的分数进行比较。在某些实施例中，来自一个班级的分数可以与另一个班级的分数进行比较。此外，可以选择来自第一作业、第二作业和/或第三作业的分数以供比较。
图19是用于存储诸如认证状态数据326的焊接数据327的数据存储系统318(例如，云存储系统)的实施例的框图。数据存储系统318可以包括但不限于焊接系统10的计算机18、经由互联网或网络38耦合到焊接系统10的远程计算机44(例如，服务器)或其任何组合。当焊接操作者在焊接系统10中完成各种作业时，可以产生认证状态数据。例如，一组预先确定的作业可以针对特定焊接装置和/或焊接工艺认证焊接操作者。数据存储系统318(例如，云存储系统)包括控制电路系统320、一个或多个存储器装置322以及一个或多个存储装置324。控制电路系统320可以包括可能类似于处理器20的一个或多个处理器。此外，存储器装置322可以类似于存储器装置22，并且存储装置324可以类似于存储装置24。存储器装置322和/或存储装置324可以被配置成存储对应于焊接操作者的焊接认证(例如，焊接培训认证)的认证状态数据326。
焊接数据327可以包括与焊接操作者的登记号293相关联的、由焊接系统10获取的任何数据(例如，与作业相关的用于认证焊接操作者的任何数据、训练焊接数据、模拟焊接数据、虚拟现实焊接数据、现场焊接数据)、与实际认证(例如，通过认证、未通过认证、合格、不合格等)相关的任何数据、由焊接操作者执行的一定量的一次或多次焊接、由焊接操作者执行的一次或多次焊接的时间戳、焊接操作者执行一次或多次焊接的位置和/或设施、对于一次或多次焊接由焊接操作者使用的焊接系统的部件、焊接操作者所属的组织、焊接操作者正在为其执行一次或多次焊接的组织、由焊接操作者执行的一次或多次焊接的焊接参数数据、焊接操作者的质量等级、焊接操作者的质量水平、由焊接操作者执行的焊接的历史、由焊接操作者执行的生产焊接的历史、第一焊接工艺(例如，金属惰性气体(MIG)焊接工艺、钨惰性气体(TIG)焊接工艺、粘结焊工艺等)认证状态(例如，对于第一焊接工艺焊接操作者通过认证，对于第一焊接工艺焊接操作者未通过认证)、第二次焊接工艺认证状态(例如，对于第二焊接工艺焊接操作者通过认证，对于第二焊接工艺焊接操作者未通过认证)、第一焊接装置(例如，送丝器、电源，型号等)、认证状态(例如，对于第一焊接装置焊接操作者通过认证，对于第一焊接装置焊接操作者未通过认证)和/或第二焊接装置认证状态(例如，对于第二焊接装置焊接操作者通过认证，对于第二焊接装置焊接操作者未通过认证)。
控制电路系统320可以被配置成接收对焊接操作者的第一焊接工艺认证状态、第二焊接工艺认证状态、第一焊接装置认证状态和/或第二焊接装置认证状态的请求。此外，控制电路系统320可以被配置成提供对该请求的响应。对该请求的响应可以包括焊接操作者的第一焊接工艺认证状态、第二焊接工艺认证状态、第一焊接装置认证状态和/或第二焊接装置认证状态。在某些实施例中，焊接操作者可以至少部分地基于该响应被授权来使用第一焊接工艺、第二焊接工艺，第一焊接装置和/或第二焊接装置。此外，在一些实施例中，可以至少部分地基于该响应来启用或禁用焊接系统的第一焊接工艺、第二焊接工艺、第一焊接装置和/或第二焊接装置。此外，在某些实施例中，可以自动地启用或禁用焊接系统的第一焊接工艺、第二焊接工艺、第一焊接装置和/或第二焊接装置。因此，焊接操作者的认证数据可以用于启用和/或禁用该焊接操作者使用特定焊接系统、焊接装置和/或焊接工艺的能力。例如，焊接操作者可以对于第一焊接工艺具有认证但对于第二焊接工艺不具有认证。因此，在某些实施例中，焊接操作者可以在焊接系统处验证其身份(例如，通过登录、通过利用操作者识别系统43、提供登记号293或某种其他形式的证明)。在验证焊接操作者的身份之后，焊接系统可以检查焊接操作者的认证状态。焊接系统可以基于焊接操作者的认证状态使得焊接操作者能够使用第一焊接工艺执行操作，但是可以基于焊接操作者的认证状态阻止焊接操作者执行第二焊接工艺。
数据存储系统318(例如，云存储系统)的存储装置324可以具有多个操作者的焊接数据327。数据存储系统318可以是数据库，该数据库保持与登记号293相关联的焊接数据327，以在延长的持续时间(例如，职业生涯、寿命)内甚至跨一个或多个组织实现操作者的焊接历史的分析和追踪。如可以理解的，数据存储系统318(例如，云存储系统)可以有助于认证状态数据326和/或焊接数据327的汇总以确定使用趋势、预期供应或维护问题等。此外，将数据存储系统318耦接到因特网或其他网络38使得教员或管理者能够在操作者和相应的焊接系统10的远方监测和分析焊接数据。
图20是示出对应于焊接的数据的屏幕的实施例，该焊接是由通过登记号293在屏幕上识别的操作者进行的。在一些实施例中，由操作者执行并由焊接系统10监测的每个焊接会话(例如，焊接试验、作业)被分配有唯一序列号329。序列号329可以与一个或多个本地和/或远程数据存储系统(诸如耦接到焊接系统10的网络38的云存储系统或数据库)内的登记号293相关联。序列号329可以用于使物理焊接样品与捕获的焊接试验结果相关联。序列号329的格式可以包括但不限于十进制数、十六进制数或字符串。此外，对于每个操作者，用于相同作业的序列号329可以是不同的。在一些实施例中，序列号的至少一部分可以至少部分地基于焊接系统10的特定部件。例如，使用特定焊接系统完成的作业的序列号可以具有对应于用于焊接作业的特定电源28、特定送丝器30和/或特定焊炬14的序列号的位数。在一些实施例中，序列号329附连到工件82。例如，序列号329可以附接、盖印、蚀刻、雕刻、压印或印刷在工件82上。在一些实施例中，序列号329被编码为附于工件82的条形码。另外，或者在替代方案中，操作者可以将序列号329写在工件82上。
如下面所讨论的，搜索特征使得教员能够输入序列号329以针对相关联焊接会话(例如，焊接试验、作业)调用试验结果，而教员无需知道用户(例如，登记号293)、作业或关于焊接的任何其他细节。因此，教员可以检查对应于每个序列号329的数据，随后向相应的操作者提供反馈。对应于每个序列号329的数据可以经由数据在其上被最初获取的焊接系统10在本地检查或者经由耦接到其中存储有数据的数据存储系统318的另一个焊接系统10或计算机18远程检查。此外，检查员或技术人员可以检查工件82的序列号329以辅助对所执行的焊接相对于焊接程序规范(WPS)的质量检查和/或确定与工件82相关的维护计划。即，序列号329可以用来终其相应工件82一生地追踪工件82、焊接数据、电弧数据和操作者(例如，登记号293)。在一些实施例中，序列号329可以存储在一个或多个本地数据存储系统和/或远程数据存储系统(诸如耦接到焊接系统10的网络38的云存储系统或数据库)内。可以由焊接软件244产生屏幕并且可以将屏幕显示在显示器32上。屏幕示出在执行焊接操作之前、之中和/或之后可以向焊接操作者以图形方式显示的参数。例如，参数可以包括工作角328、行进角330、接触末端到工件的距离332、焊炬行进速度334、焊炬相对于工件的接头的指向336、焊接电压337、焊接电流338、焊炬取向、焊炬位置等。
如图所示，以图形方式示出的参数可以包括(例如，在执行焊接会话时)参数的当前值的指示339。此外，曲线图340可以示出参数的值的历史，并且分数341可以示出一总百分比，该总百分比对应于焊接会话期间焊接操作者多长时间地落在某一可接受值的范围内。在某些实施例中，可以在屏幕上提供焊接会话的视频重放342。视频重放342可以示出焊接操作者执行真实焊接的现场视频、焊接操作者执行模拟焊接的现场视频、焊接操作者执行虚拟现实焊接的现场视频、焊接操作者执行增强现实焊接的现场视频、焊接电弧的现场视频、焊接熔池的现场视频和/或焊接操作的模拟视频。
在某些实施例中，焊接系统10可以在焊接会话(例如，焊接作业)期间捕获视频数据，并且经由网络38将视频数据存储在存储装置24和/或数据存储系统318(例如，云存储系统)上。此外，焊接软件244可以被配置成从存储装置24或数据存储系统318检索视频数据，以从存储装置24或数据存储系统318检索焊接参数数据，以使视频数据与焊接参数数据同步，并将同步的视频数据和焊接参数数据提供给显示器32。
在一些实施例中，焊接系统10可以从先前执行的焊接接收试验数据。至少部分地基于试验数据的试验结果343可以显示在屏幕上。试验数据可以包括所执行的焊接会话(例如，焊接作业)的属性，诸如强度、孔隙度、渗透性、硬度、热影响区域大小、外观和污染，或其任何组合。试验数据可以通过在焊接会话完成之后执行的破坏性或非破坏性试验获得。例如，焊接的强度可以通过破坏性试验确定，而孔隙度和渗透性可以通过非破坏性试验(诸如x射线或超声波检查)获得。
在一些实施例中，焊接系统10可以至少部分地基于焊接参数数据来确定试验数据(例如，焊接作业的属性)。另外，或者在替代方案中，焊接系统10可以利用电弧参数数据来确定试验数据(例如，与在现实世界焊接操作期间建立的实际焊接电弧有关的数据)。试验数据(例如，焊接作业的属性)可以与焊接参数数据和任何电弧参数数据相关联，以使得对应于相同焊接会话(例如，焊接作业)的试验数据、焊接参数数据和电弧参数数据被存储在一起。在焊接会话(例如，焊接作业)是现场焊接作业的情况下，电弧参数(例如，焊接电压、焊接电流、送丝速度)可以包括测得的电弧参数和/或设定的电弧参数。在焊接任务是模拟、虚拟现实或增强现实的焊接作业的情况下，电弧参数可以包括模拟电弧参数。在一些实施例中，与非现场焊接任务(例如，模拟、虚拟现实、增强现实)相关联的电弧参数可以包括存储在数据存储器中的空集。
在一些实施例中，焊接会话(例如，焊接作业)的所确定的属性至少部分地基于与对应于先前执行的焊接会话的焊接数据(例如，焊接参数、电弧参数)的比较。对应于先前执行的焊接会话的焊接数据可以存储在数据存储系统318中。焊接系统10可以通过与对应于先前执行的现场焊接任务(例如，现场焊接作业)的焊接数据(例如，焊接参数、电弧参数)和相关联的试验数据的比较来确定(例如，估计、推算)模拟焊接作业、虚拟现实焊接作业或增强现实焊接作业的属性。例如，焊接系统10可以通过虚拟现实焊接作业的焊接参数(例如，接触末端到工件的距离、行进速度)和与先前执行的现场焊接作业相关联的焊接参数之间的比较来确定虚拟现实焊接作业的渗透率。因此，焊接系统10可以通过提供焊接作业的所确定的一个或多个属性来有助于训练操作者，尽管该焊接作业是在没有生产出有形工件以供试验的情况下(例如，模拟、虚拟现实、增强现实)执行的。
通过执行处理器可执行指令以将所接收的焊接数据与对应于先前执行的焊接会话的焊接数据进行比较，焊接系统10的计算机18可以确定焊接会话(例如，焊接作业)的一个或多个属性。在一些实施例中，焊接会话的一个或多个属性可以从焊接系统10远处确定(诸如在经由网络38耦合到焊接系统10的远程计算机44或数据存储系统318上)。另外，或者在替代方案中，一个或多个所确定的属性可以诸如经由网络38传送到数据存储系统318。在一些实施例中，计算机18可以在接收到与焊接会话相关联的焊接数据的同时确定焊接会话(例如，焊接作业)的属性。即，计算机18可以在操作者正在执行焊接会话时至少部分地基于焊接参数来大体上实时地确定属性或质量特性(例如，渗透性、孔隙度、强度、外观)。所确定的属性可以作为试验结果经由显示器32显示。如可以理解的，可以在从焊接会话(例如，焊接作业)的试验(例如，破坏性试验、非破坏性试验)获得结果时调整所确定的属性。
焊接软件244可以分析焊接参数数据以确定可以在显示器32上示出的横越路径344。在一些实施例中，焊接期间的时间可以由焊接操作者选择，如指示线346所示。通过调整所选择的时间指示线346，焊接操作者可以在视频重放342和/或横越路径344处于所选择的时间时结合焊接参数来观看视频重放342和/或横越路径344，以便在焊接参数、视频重放342和/或横越路径344之间建立相关性。另外，或者在替代方案中，焊接操作者可以选择(例如，经由显示器32上的光标选择、经由触摸屏显示器32手动选择)所显示的横越路径344的位置以检查对应于焊炬14一次或多次地横穿所选择的位置的焊接数据327。此外，视频重放342可以显示对应于所选择的时间346和/或所选择的位置的视频帧(例如，捕获的图像、图片)。如可以理解的，当焊接操作者利用交织或抽送技术时和/或当焊接会话包括多个行程时，所选择的位置可以对应于多个帧或捕获的图像。因此，显示器32可以示出多个帧(例如，捕获图像、图片)，并且焊接操作者可以选择一个或多个帧以供额外检查。在一些实施例中，所显示的试验结果343(例如，一个或多个所确定的焊接作业属性)可以对应于由指示线346所示的所选择的时间和/或对应于沿着横越路径344的一个或多个位置。即，试验结果343可以显示对应于所选择的时间指示线346和/或沿着横越路径344的所选择的位置的焊接的试验特性(例如，孔隙度、渗透性)。焊接软件244可以被配置成至少部分地基于焊接参数数据重新创建焊接数据，使视频重放342与重新创建的焊接数据同步，并且向显示器32提供同步的视频重放342和重新创建的焊接数据。在某些实施例中，重新创建的焊接数据可以是焊接熔池数据和/或模拟焊接。在一些实施例中，焊接软件244可以使焊接数据的各个方面(例如，所确定的属性、视频、非破坏性试验结果、破坏性试验结果)关联，所述焊接数据是针对沿着焊接的横越路径344的位置和/或针对在焊接过程中所选择的时间而获取的。焊接软件244可以有助于焊接参数(例如，工作角328、行进角330、CTWD 332、行进速度334和焊炬相对于工件的接头的指向336、焊炬取向、焊炬位置)与电弧参数(例如，电压337、电流338、送丝速度)、视频重放342和试验结果343或其任何组合之间的相关性。与操作者的登记号293相关联的焊接数据可以使得操作者、教员或管理者能够检查焊接参数、电弧参数、视频重放342和试验结果343(例如，所确定的属性)，它们对应于所选择的时间指示线346和/或沿着焊接过程的横越路径344的位置。例如，操作者可以检查焊接数据以识别焊接参数(例如，工作角328、CTWD 332)的变化与由指示线346所示的所选择的时间或所选择的位置处的电弧参数(例如，电流、电压)的变化之间的关系。此外，操作者可以检查焊接数据以识别焊接参数的变化与焊接的试验结果343的变化之间的关系。
在一些实施例中，焊炬14(例如，MIG焊炬、棒状焊条保持器、TIG焊炬)可以用作指向器，其中将焊炬14指向焊缝的特定位置来将对应于特定位置的焊接数据327显示在显示器32上。在一些实施例中，焊炬14可以在特定位置处接触工件82。此外，焊接软件244可以基于沿着焊缝的最接近操作者正将焊炬14(例如电极)指向的位置的点来从操作者确定特定位置。当任务完成后焊炬14指向沿着焊缝的某些位置时，焊接软件244可以产生沿着焊接数据327被显示的位置条346(例如，指示线)。即，位置条可以以与上文所述并且在图20中示出的所选择的时间线346类似的方式跨焊接参数(例如，工件角度328、行进角330、CTWD 332、行进速度334和焊炬相对于工件的接头的指向336)的曲线图延伸。焊接软件244可以被配置成显示当焊炬14处于特定位置时所捕获的视频重放342(例如，一个或多个视频帧、捕获的图像)。例如，焊接软件244可以显示在焊炬14处于特定位置之前和/或之后的0至30帧。另外，或者在替代方案中，焊接软件244可以显示焊缝特定位置处的剖视图。剖视图可以基于一组或多组数据，包括但不限于x射线扫描、超声扫描、至少部分地基于焊接数据327所生成的模型或其任何组合。此外，剖视图可以使得焊接操作者或教员能够检查焊缝特定位置处的各种所确定的质量特性，包括但不限于孔隙度、底切、飞溅、未填满和溢出。尽管在会话完成时工件82被移动之前可以容易地使用焊炬指向并选择焊缝的特定位置，但是焊炬14也可以用作之前完成的会话的指向器，其中在工件82的重新校准之后工件82已移动。此外，在一些实施例中，校准工具610或另一个焊接装置可以用于指向并选择焊缝的特定位置，对于该特定位置，各种所确定的焊接质量特性可以被显示。
在某些实施例中，存储装置24可以被配置成存储对应于由焊接操作者执行的多个焊接的第一数据集，并且存储对应于由焊接操作者执行的多个非训练焊接的第二数据集。此外，控制电路系统320可以被配置成从存储装置24检索第一数据集的至少一部分，从存储装置24检索第二数据集的至少一部分，使第一数据集的至少一部分与第二数据集的至少一部分同步，并且向显示器32提供同步的第一数据集的至少一部分和第二数据集的至少一部分。
图21是示出焊接的不连续性分析348的屏幕347的实施例。不连续性分析348包括可以逐条列举伴随着焊接操作的潜在问题的列表350。不连续性分析348向焊接操作者提供关于焊接操作中焊接不满足预先确定的质量阈值的时间段的反馈。例如，在时间352和354之间存在高的不连续性(例如，焊接质量差，焊接具有高故障概率，焊接有缺陷)。此外，在时间356和358之间存在中等不连续性(例如，焊接质量一般，焊接具有中等故障概率，焊接有部分的缺陷)。此外，在时间360和362之间存在高的不连续性，并且在364和366之间存在低的不连续性(例如，焊接质量好，焊接具有低故障概率，焊接没有缺陷)。使用这个信息，焊接操作者可以能够快速地分析焊接操作的质量。
图22是焊接软件244的焊接教员屏幕368的实施例的框图。焊接软件244被配置成提供用于许多不同焊接配置的训练模拟。例如，焊接配置可以包括MIG焊接工艺370、TIG焊接工艺372、粘结焊工艺374、现场电弧焊接模式346、模拟焊接模式248、虚拟现实焊接模式250和/或增强现实焊接模式252。
焊接教员屏幕368可以被配置成使得焊接教员能够限制焊接操作者的训练376(例如，限制在一个或多个所选择的焊接配置)，限制焊接操作者班级的训练378(例如，限制在一个或多个所选择的焊接配置)和/或限制焊接操作者班级的一部分的训练380(例如，限制在一个或多个所选择的焊接配置)。此外，焊接教员屏幕368可以被配置成使得焊接教员能够将所选择的训练作业分配给焊接操作者382，将所选择的训练作业分配给焊接操作者班级384，和/或将所选择的训练作业分配给焊接操作者班级的一部分386。此外，焊接教员屏幕368可以被配置成使得焊接教员能够使焊接操作者(或焊接操作者班级)自动地从第一作业推进到第二作业388。例如，焊接操作者可以至少部分地基于执行第一作业的质量从第一作业推进到第二作业。此外，焊接教员屏幕368可以被配置成验证操作者的身份389(例如，以确保焊接数据与正确的登记号293相关联)。在一些实施例中，操作者识别系统43识别操作者，并且教员经由焊接教员屏幕368验证操作者的身份。例如，教员可以向操作者识别系统43提供验证输入(例如，可重置标识物、生物计量标识物、物理标识物)，以宣告操作者的身份由操作者识别系统43正确地识别。在一些实施例中，教员(例如，第二操作者)诸如经由操作者识别系统43向焊接系统10提供第二标识物输入(例如，可重置标识物、生物计量标识物、记号)，从而验证向操作者识别系统43提供第一标识物输入的操作者的身份。第二标识物输入可以与焊接数据(例如，执行焊接会话的操作者的身份)一起被存储诸如在计算机18的存储器56或数据存储系统318中。另外，或者在替代方案中，焊接教员可以经由两步识别过程来验证操作者的身份389，在所述两步识别过程中，在确保焊接数据与正确的登记号293相关联之前，操作者识别系统43单独地识别操作者和教员两者。
图23是使用增强现实的焊接训练的方法389的实施例。焊接操作者可以选择焊接软件244的模式(方框390)。焊接软件244确定是否已选择了增强现实模式252(方框392)。如果已选择了增强现实模式252，则焊接软件244执行增强现实模拟。应当注意，焊接操作者可能正佩戴焊接头盔和/或被配置成将显示装置定位在焊接操作者的视线前面的某种其他帽盔。此外，显示装置可以是大体透明的，以使得焊接操作者能够观察实际对象；然而，虚拟焊接环境可以描绘在显示装置的各部分上。作为该增强现实模拟的一部分，焊接软件244诸如从感测装置16接收焊炬14的位置和/或取向(方框394)。焊接软件244使虚拟焊接环境与焊炬14的位置和/或取向相整合(方框396)。此外，焊接软件244向显示装置提供整合的虚拟焊接环境(方框398)。例如，焊接软件244可以确定焊道应位于焊接操作者的视野内的哪个位置，并且焊接软件244可以在显示装置上显示焊道，以使得焊道看起来在工件上。在焊接完成之后，增强现实模拟可以使得焊接操作者能够擦除虚拟焊接环境的一部分(例如，焊道)(方框400)，并且焊接软件244返回到方框390。
如果还未选择增强现实模式252，则焊接软件244确定是否已选择了现场电弧模式246(方框402)。如果已选择现场电弧模式246，则焊接软件244进入现场电弧模式246，并且焊接操作者可以执行现场电弧焊接(方框404)。如果还未选择现场电弧模式246和/或在执行方框404之后，焊接软件244返回到方框390。因此，焊接软件244被配置成使得焊接操作者能够在增强现实模式252中进行实际焊接，从实际焊接中擦除虚拟焊接环境的至少一部分，并且在现场电弧模式246中执行现场焊接。在某些实施例中，焊接操作者可以连续多次在增强现实模式252中进行实际焊接。
图24是使用增强现实的焊接训练的另一种方法406的实施例。焊接操作者可以选择焊接软件244的模式(方框408)。焊接软件244确定是否已选择了增强现实模式252(方框410)。如果已选择了增强现实模式252，则焊接软件244执行增强现实模拟。应当注意，焊接操作者可能正佩戴焊接头盔和/或被配置成将显示装置定位在焊接操作者的视线前面的一些其他帽盔。此外，显示装置可以完全阻挡焊接操作者的视野，以使得由焊接操作者观察到的图像已由摄像机捕获并显示在显示装置上。作为该增强现实模拟的一部分，焊接软件244诸如从感测装置16接收焊炬14的图像(方框412)。焊接软件244使虚拟焊接环境与焊炬14的图像相整合(方框414)。此外，焊接软件244向显示装置提供具有焊炬14的图像的整合的虚拟焊接环境(方框416)。例如，焊接软件244可以确定焊道应位于焊接操作者的视野内的位置，并且焊接软件244在显示装置上显示焊道以及焊炬14的图像和焊接环境中的其他对象。在焊接完成之后，增强现实模拟可以使得焊接操作者能够擦除虚拟焊接环境的一部分(例如，焊道)(方框418)，并且焊接软件244返回到方框408。
如果还未选择增强现实模式252，则焊接软件244确定是否已选择了现场电弧模式246(方框420)。如果已选择现场电弧模式246，则焊接软件244进入现场电弧模式246，并且焊接操作者可以执行现场电弧焊接(方框422)。如果还未选择现场电弧模式246和/或在执行方框422之后，焊接软件244返回到方框408。因此，焊接软件244被配置成使得焊接操作者能够在增强现实模式252中进行实际焊接，从实际焊接中擦除虚拟焊接环境的至少一部分，并且在现场电弧模式246中执行现场焊接。在某些实施例中，焊接操作者可以连续多次在增强现实模式252中进行实际焊接。
图25是焊炬14的实施例的框图。焊炬14包括先前所述的控制电路系统52、用户界面60和显示器62。此外，焊炬14包括多种传感器和其他装置。焊炬14可以包括温度传感器424(例如，热电偶、热敏电阻等)、惯性传感器426(例如，加速度计、陀螺仪、磁力计等)、振动装置428(例如，振动电机)、麦克风429、一个或多个视觉指示器61(例如，LED 64)或其任何组合。此外，在某些实施例中，焊炬14可以包括电压传感器425和/或电流传感器427，以分别感测由焊炬14产生的电弧的电压和/或电流。如下面详细讨论的，一组或多组LED 64可以布置在焊炬14周围，以使得感测装置16能够检测焊炬14相对于训练支架12和工件82的位置和取向。例如，各组LED 64可以布置在焊炬14的顶侧、左侧和右侧上，以使得感测装置16能够检测焊炬14的位置和取向，而不管焊炬14的哪一侧正面向感测装置16。在某些实施例中，焊炬14可以包括多于一个温度传感器424、惯性传感器426、振动装置428、电压传感器425、电流传感器427和/或麦克风429。
在操作期间，焊炬14可以被配置成使用温度传感器424来检测与焊炬14相关联的温度(例如，焊炬14的电子部件的温度、显示器62的温度、发光装置的温度、振动装置的温度、焊炬14的本体部分的温度等)。控制电路系统52(或另一个装置的控制电路系统)可以使用检测到的温度来执行各种事件。例如，控制电路系统52可以被配置成如果检测到的温度达到和/或超过预先确定的阈值(例如，诸如85℃)，则禁止由焊炬14使用现场电弧模式246(例如，现场焊接)。此外，控制电路系统52还可以被配置成禁用焊炬14的各种热产生装置，诸如振动装置428、发光装置等。控制电路系统52还可以被配置成在显示器62上显示消息，诸如“等待焊炬冷却。抱歉给您带来不便。”在某些实施例中，控制电路系统52可以被配置成如果检测到的温度达到第一阈值则禁用某些部件或特征，并且如果检测到的温度达到第二阈值则禁用附加部件或特征。
此外，在操作期间，焊炬14可以被配置成使用惯性传感器426来检测与焊炬14相关联的运动(例如，加速等)。控制电路系统52(或另一个装置的控制电路系统)可以使用检测到的加速来执行各种事件。例如，控制电路系统52可以被配置成在惯性传感器426检测到焊炬14已被移动之后激活显示器62(或另一个显示器)。因此，控制电路系统52可以引导显示器62诸如从睡眠模式“醒来”和/或退出屏幕保护模式以有助于焊炬14的焊接操作者使用显示器62上的图形用户界面(GUI)。此外，控制电路系统52可以利用来自一个或多个惯性传感器426的反馈来确定焊炬14在焊接环境中的位置和/或焊炬14在焊接环境中的移动。如下面详细讨论的，感测装置16(例如，摄像机)可以利用焊炬上的标记物474来确定焊炬14在焊接环境中的位置、取向和/或移动。在一些实施例中，控制电路系统52(或另一个装置的控制电路系统)可以利用来自一个或多个惯性传感器426的反馈来增加感测装置16对焊炬14的位置、取向和/或移动的确定。即，当从感测装置16的视线来看工件82或操作者遮住(例如，阻挡)焊炬14的一个或多个标记物474时，控制电路系统52可以基于来自一个或多个惯性传感器426的反馈来确定焊炬14的位置和取向。
返回到图21，作为一个示例，一个或多个惯性传感器426可以使得控制电路系统52能够在其他感测装置16由于任何原因(例如，用于光学追踪焊炬14的一组标记物中的一个或多个标记物对于摄像机来说是被遮蔽的)可能无法监测焊炬14的位置和取向的时间360和362之间的间隔内确定工作角328、行进角330和行进速度334。一个或多个惯性传感器426可以提供关于焊炬14的位置和/或取向的输出，该输出独立于另一个位置检测系统(例如，光学检测系统、磁检测系统、声学检测系统)。假设CTWD 332和焊炬14相对于工件82的接头的指向在该间隔内大致恒定，控制电路系统52可以至少部分地基于来自焊炬14的一个或多个惯性传感器426的反馈确定工作角328、行进角330和行进速度334。
返回到图25，在某些实施例中，控制电路系统52可以被配置成至少部分地基于检测到的运动确定已发生对焊炬14的高冲击事件(例如，掉落、用作锤子等)。在确定已发生高冲击事件时，控制电路系统52可以存储(例如，记录)焊炬14已受到冲击的指示。与该指示一起，控制电路系统52可以存储其他对应的数据，诸如日期、当日时间、加速度、用户名、焊炬识别数据等。控制电路系统52还可以被配置成在显示器62上向焊接操作者示出请求操作者避免冲击焊炬14的通知。在一些实施例中，控制电路系统52可以被配置成使用由惯性传感器426检测到的运动使得焊接操作者能够在软件用户界面(例如，焊接软件、焊接训练软件等)内进行导航和/或选择。例如，控制电路系统52可以被配置成接收加速度并且如果该加速度匹配预先确定的图案(例如，加速度指示在某个方向上的急动运动，加速度指示焊炬14正被摇动等)则进行软件选择。
振动装置428被配置成通过引导焊炬14振动和/或摇动来向焊接操作者提供反馈(例如，提供振动或触觉反馈)。振动装置428可以在现场焊接期间和/或在模拟焊接期间提供振动反馈。如可以理解的，在现场焊接期间的振动反馈可以被调谐到特定频率，以使得焊接操作者能够在由于现场焊接而发生的振动与振动反馈之间作出区分。例如，在现场焊接期间可以以约3.5Hz提供振动反馈。使用这种频率可以使得焊接操作者能够在由于现场焊接而发生固有振动的同时检测振动反馈的发生。相反，在现场焊接期间可以以约9Hz提供振动反馈。然而，9Hz频率可能与由于现场焊接而发生的固有振动混淆。
一个或多个麦克风429被配置成有助于利用本地定位系统确定焊炬14的位置。焊炬14的一个或多个麦克风429接收从设置在焊接环境周围的已知位置处的信标发出的信号(例如，超声波、RF)。如可以理解的，当对象接收到从已知位置处的三个或更多个信标发出的信号(即，经由无阻挡视线)时，本地定位系统允许确定对象的位置。控制电路系统52(或另一个装置的控制电路系统)可以通过三角测量、三边测量或多点定位根据所接收的信号确定焊炬14的位置。在一些实施例中，当一个或多个感测装置16(例如，摄像机)被工件82和/或操作者阻挡时，麦克风429可以有助于在焊接期间确定焊炬14的位置。
图26是使用焊炬14向焊接操作者提供振动反馈的方法430的实施例。控制电路系统52(或另一个装置的控制电路系统)检测对应于焊接操作的参数(例如，工作角、行进角、行进速度、末端到工件的距离、指向等)(方框432)。如可以理解的，焊接操作可以是现场焊接操作、模拟焊接操作、虚拟现实焊接操作和/或增强现实焊接操作。控制电路系统52确定参数是否在第一预先确定的范围内(方框434)。如可以理解的，第一预先确定的范围可以是刚好超出可接受范围的范围。例如，参数可以是工作角，可接受范围可以是45至50度，并且第一预先确定的范围可以是50至55度。因此，在这种示例中，控制电路系统52确定工作角是否在50至55度的第一预先确定的范围内。
如果参数在第一预先确定的范围内，则控制电路系统52以第一图案使焊炬振动(方框436)。第一图案可以是第一频率、第一频率调制、第一振幅等。此外，如果参数不在第一预先确定的范围内，则控制电路系统52确定参数是否在第二预先确定的范围内(方框438)。第二预先确定的范围可以是刚好超出第一预先确定的范围的范围。例如，继续上面所讨论的示例，第二预先确定的范围可以是55至60度。因此，在这种示例中，控制电路系统52确定工作角是否在55至60度的第二预先确定的范围内。如果参数在第二预先确定的范围内，则控制电路系统52以第二图案使焊炬振动(方框440)。第二图案可以是第二频率、第二频率调制、第二振幅等。应当注意，第二图案通常不同于第一图案。在某些实施例中，第一图案和第二图案可以是相同的。此外，可以向焊接操作者提供可听指示，以指示参数是在第一预先确定的范围内还是在第二预先确定的范围内。此外，可听指示可以用于指示不在可接受范围内的参数。在此类实施例中，振动可以用于指示焊接操作者在做了某些错事，并且可听指示可以用于识别焊接操作者做错什么以及/或者如何改正它。参数可以是任何合适的参数，诸如工作角、行进角、行进速度、末端到工件的距离和/或指向。图27至29示出各种图案的实施例。
图27是两个图案的实施例的曲线图442，每个图案包括用于向焊接操作者提供振动反馈的不同频率。第一图案444通过时间448与第二图案446分开。在图示的实施例中，第一图案444是第一频率，并且第二图案446是不同于第一频率的第二频率。第一频率和第二频率可以是任何合适的频率。如可以理解的，第一频率和第二频率可以被配置成不同于在现场焊接期间产生的固有频率，以有助于焊接操作者在固有频率与第一频率和第二频率之间作出区别。尽管图示的实施例示出了第一频率低于第二频率，但在其他实施例中，第二频率可以低于第一频率。
图28是两个图案的实施例的曲线图450，每个图案包括用于向焊接操作者提供振动反馈的不同调制。第一图案452通过时间456与第二图案454分开。在图示的实施例中，第一图案452是第一调制，并且第二图案454是不同于第一调制的第二调制。第一调制和第二调制可以是任何合适的调制。例如，第一调制可以包括第一数量的振动脉冲(例如，两个脉冲)，并且第二调制可以包括第二数量的振动脉冲(例如，三个脉冲)。此外，调制可以改变一定数量的脉冲、脉冲之间的时间等。在某些实施例中，一定数量的振动脉冲和/或脉冲之间的时间可以被配置成随着参数朝向或远离可接受的参数值移动而逐渐增加或减小。虽然图示的实施例将第一调制示出为具有比第二调制更少的脉冲，但在其他实施例中，第二调制可以具有比第一调制更少的脉冲。
图29是两个图案的实施例的曲线图458，每个图案包括用于向焊接操作者提供振动反馈的不同振幅。第一图案460通过时间464与第二图案462分开。在图示的实施例中，第一图案460是第一振幅，并且第二图案462是不同于第一振幅的第二振幅。第一振幅和第二振幅可以是任何合适的振幅。尽管图示的实施例示出了第一振幅低于第二振幅，但在其他实施例中，第二振幅可以低于第一振幅。
焊炬14可以在模拟焊接或现场焊接期间向操作者提供不同程度的振动和视觉反馈。例如，焊炬14的第一反馈模式可以向操作者提供视觉反馈(例如，经由显示器62)和振动反馈，直到操作者启动模拟或现场焊接过程，并且焊炬14可以在模拟或现场焊接过程中不提供视觉或振动反馈。焊炬14的第二反馈模式可以在模拟或现场焊接过程之前和期间向操作者提供视觉和振动反馈。焊炬的第三反馈模式可以在仅在模拟焊接过程之前和期间向操作者提供视觉和振动反馈。如可以理解的，一些模式可以在模拟焊接过程之前或期间仅提供视觉反馈，并且其他模式可以在模拟焊接过程之前或期间仅提供振动反馈。在一些实施例中，教员可以指定可以在待评估的模拟或现场焊接会话期间提供给操作者的反馈的程度。此外，操作者可以在模拟或现场焊接之前和期间选择性地禁用由焊炬提供的振动和/或视觉反馈。
图30是具有可以用于追踪焊炬14的标记物的焊炬14的实施例的立体图。虽然图30和图31示出焊炬14，但是其他焊接装置(例如，焊接工具、托管架、校准工具)可以具有以对应于焊接装置的刚体模型的规定图案布置在相应的焊接装置周围的标记物474(例如，可视标记物802)。因此，根据由感测装置16检测到的一组标记物474，耦接到感测装置16的计算机18可以确定焊接装置的类型、用于焊接装置的刚体模型、焊接装置的位置和焊接装置的取向。在一些实施例中，可以在现场焊接之前追踪焊炬14的位置以确定(即校准)焊接接头的形状。例如，焊炬14可以用于追踪工件82在各种位置(包括但不限于焊接位置1G、2G、3G、4G、5G、6G、1F、2F、3F、4F、5F或6F)中的形状。所确定的焊接接头的形状可以存储在数据存储系统318中，以便与沿着焊接接头的随后的现场焊接过程进行比较。在一些实施例中，焊炬14的位置可以在现场焊接期间被追踪，并与存储在数据存储系统318中的焊接接头的形状进行比较。焊炬14的控制电路系统52和/或训练系统10的任何其他部件可以向操作者提供关于焊炬14相对于焊接接头的位置(例如，地点)和/或取向的大致实时反馈。焊炬14包括外壳466，该外壳466围住焊炬14的控制电路系统52和/或焊炬14的任何其他部件。显示器62和用户界面60被纳入到外壳466的顶部部分中。
如图所示，颈部470从焊炬14的外壳466延伸。用于追踪焊炬14的标记物可以设置在颈部470上。具体地，安装杆472用于将标记物474耦接到颈部470。标记物474在图示的实施例中是球形标记物；然而，在其他实施例中，标记物474可以是任何合适的形状(例如，诸如LED的形状)。标记物474由感测装置16使用来追踪焊炬14的位置和/或取向。如可以理解的，标记物474中的三个标记物用于限定第一平面。此外，标记物474被布置成使得第四标记物474处于不同于第一平面的第二平面中。因此，感测装置16可以用于使用四个标记物474追踪焊炬14的位置和/或取向。应当注意，虽然图示的实施例示出四个标记物474，但是安装杆472可以具有任何合适数量的标记物474。
在某些实施例中，标记物474可以是反射标记物(例如，后向反射器)，而在其他实施例中，标记物474可以是发光标记物(例如，发光二极管LED 64)。在其中标记物474是发光标记物的实施例中，标记物474可以由焊炬14的外壳466内的电气部件供电。例如，标记物474可以由安装杆472与外壳466之间的连接件476供电。此外，控制电路系统52(或另一个装置的控制电路系统)可以用于控制标记物474的供电和/或断电(例如，发光)。在某些实施例中，可以基于焊炬14的位置和/或取向单独对标记物474进行供电和/或断电。在其他实施例中，可以基于焊炬14的位置和/或取向成组地对标记物474进行供电和/或断电。应当注意，在不包括安装杆472的实施例中，连接件476可以由另一个标记物468代替，该标记物468在与图示的标记物468不同的平面上。焊炬14的实施例在此相对于相同的一组坐标轴780进行描述。X轴782是沿着焊炬14的纵轴的水平方向，Y轴784是相对于纵轴的垂直方向，并且Z轴786是从焊炬14横向延伸的水平方向。
图31是沿着图30的剖切线31-31截取的焊炬14的颈部800的实施例。可视标记物802布置在颈部800上的预定义的位置处，以有助于由感测装置16检测焊炬14的位置和取向。在一些实施例中，可视标记物802是LED 64。另外，或者在替代方案中，可视标记物802是有方向性的，以使得相比于较少程度地朝向感测装置16取向的可视标记物802，感测装置16更容易地检测朝向感测装置16(例如，一个或多个摄像机)取向(例如，居中)的可视标记物802。例如，布置在表面上的LED 64可以被定向以主要沿着基本上垂直于该表面的轴线发射光(例如，可见光、红外光、紫外光)。此外，可视标记物802中的一个或多个标记物可以是后向反射器，该后向反射器被配置成基本上朝相应的可视标记物接收光(例如，来自定位在摄像机感测装置16附近的红外光)的方向反射光。在一些实施例中，多组可视标记物802布置在颈部800上。
每组的可视标记物802可以在与相应组的其他可视标记物802基本上相同的方向上取向(例如，居中)。在一些实施例中，第一组804的可视标记物802沿着Y轴784基本上垂直定向，第二组806的可视标记物802在第二方向808上定向，并且第三组810的可视标记物802在第三方向812上定向。即，每组的可视标记物802被取向成在与相应组的其他可视标记物802基本上平行的方向上发射光。第二方向808基本上垂直于沿着焊炬14的X轴782，并且从Y轴784偏移第二角度814。第三方向812基本上垂直于沿着焊炬14的X轴782，并且从Y轴784偏移第三角度816。在一些实施例中，第二角度814和第三角度816具有大致相同的大小。例如，第二组806的可视指示器802可以从Y轴784偏移45°，并且第三组810的可视指示器802可以从Y轴784偏移45°，以使得第二角度814基本上与第三角度816垂直。第二角度814和第三角度816可以各自在约5°至180°、15°至135°、25°至90°或30°至75°之间。如可以理解的，颈部800可以具有1组、2组、3组、4组、5组、6组、7组、8组、9组、10组或更多组可视标记物802，其中每组可视标记物在特定方向上取向以有助于通过感测装置16进行检测。
每组的可视标记物802可以布置在相同或基本上平行的平面上。例如，第一组804的可视标记物802可以布置在第一平面818或基本上平行于第一平面818的平面上，所述第一平面818垂直于Y轴784。第二组806的可视标记物802可以布置在第二平面820或基本上平行于第二平面820的平面上，所述第二平面820垂直于第二方向808。第三组810的可视标记物802可以布置在第三平面822或基本上平行于第三平面822的平面上，所述第三平面822垂直于第三方向812。在一些实施例中，每组的可视标记物802空间上隔开地分布在焊炬14周围，以最大化相应组的可视标记物802之间的距离，这可以有助于相对于更狭窄的空间分布来确定焊炬14相对于感测装置的位置和取向。如本文所用，术语“基本上平行”包括与平行相差10度内的取向，并且术语“基本上垂直”包括与垂直相差10度内的取向。每组的可视标记物802的布置可以有助于在模拟和/或现场焊位不当焊接过程(包括但不限于垂直焊或仰焊位置)中追踪焊炬14。
颈部800的结构824可以有助于各组可视标记物802的取向。例如，每个结构824的安装表面可以基本上平行于用于相应的一组可视标记物802的相应平面。此外，当相应可视标记物802相对于感测装置16以大于阈值角度的角度取向时，结构824可以减少或消除由感测装置16对相应可视标记物802的检测。例如，第二组806的可视标记物802可以被配置成在操作者握住焊炬14而感测装置16位于操作者的左侧(即，惯用左手的操作者)时由感测装置16检测，并且第三组810的可视标记物802可以被配置成在操作者握住焊炬14而感测装置16位于操作者的右侧(即，惯用右手的操作者)时由感测装置16检测。用于第二组806的可视标记物802的颈部800和/或结构824可以在惯用右手的操作者使用焊炬14时减少或消除第二组806的可视标记物802的检测，并且反之亦然，在惯用左手的操作者使用焊炬14时，减少或消除第三组810的可视标记物的检测。
图32是焊炬14的颈部800上的可视标记物80的布置的顶视图，类似于图31所示的颈部800的实施例。第一组804(例如，“A”)、第二组806(例如，“B”)和第三组810(例如，“C”)的可视标记物802布置在颈部800上的不同的预定义的位置处，该不同的预定义的位置使得感测装置16能够通过检测对应于焊炬14的每一侧(例如，顶侧、左侧826、右侧828、底侧、前侧)的不同图案或布置来确定焊炬14的哪一侧最大程度地朝向感测装置16。另外，或者在替代方案中，每组的可视标记物802(例如，LED 64)可以被分别着色，从而使得感测装置16能够通过颜色检测来确定焊炬14的哪一侧最大程度地朝向感测装置16。即，第一组804可以在第一频谱(例如，约730nm红外)内发射光，第二组806可以在第二频谱(例如，约850nm红外)内发射光，并且第三组810可以在第三光谱(例如，约940nm)内发射光。每组可视标记物802的不同波长可以使得耦接到感测装置16的控制器(例如，计算机18)能够至少部分地基于哪些波长被检测到来容易地确定哪组可视标记物802和焊炬14的哪一侧对于感测装置16是可见的。
当感测装置16检测到一组的可视标记物802的阈值量时，感测装置16可以追踪焊炬14相对于训练支架12和工件82的位置和取向。一组的可视标记物802的阈值量可以是可由感测装置16一次检测到至少三个、四个、五个或更多个可视标记物802。一组的可视标记物802的阈值量可以小于或等于相应组的可视标记物802的总量。例如，感测装置16可以在检测到第三组810的四个可视标记物802时检测焊炬14的右侧，感测装置16可以在检测到第一组804的五个可视标记物802时检测焊炬14的顶侧，并且感测装置16可以在检测到第二组的四个可视标记物802时检测焊炬的左侧。在一些实施例中，每组可视标记物802可以具有冗余的可视标记物，以使得当冗余的可视标记物中的一个或多个可视标记物从视线中被遮蔽时，感测装置16可以追踪焊炬14的位置和取向。感测装置16可以以基本上相同的精度追踪位置和取向，而不管哪一组可视标记物由感测装置16检测到。在一些实施例中，相应组的可视标记物802的阈值量
可视标记物802可以布置在焊炬14的颈部800上、在相对于沿着焊炬14的X轴782并且相对于基线830的位置处。例如，第一组804可以具有五个可视标记物802：两个可视标记物802沿着基线830、在颈部800的第一端832附近并且与X轴782间隔开第一偏移量831；一个可视标记物802在颈部800的中间部分836与基线830间隔开第一距离834并且在左侧826与X轴782间隔开第二偏移量838；一个可视标记物802在中间部分836与基线830间隔开第三距离840并且在右侧828与X轴782间隔开第二偏移量838；并且一个可视标记物802沿着X轴782、在颈部800的第二端842附近并且与基线830间隔开第四距离844。第二组806可以具有四个可视标记物802：一个可视标记物802沿着基线830并且在左侧826上与X轴782间隔开第三偏移量846；一个可视标记物802在中间部分836沿着X轴782与基线830间隔开第五距离848；一个可视标记物802在中间部分836与基线830间隔开第六距离850并且在右侧828与X轴782间隔开第二偏移量838；并且一个可视标记物802在颈部800的第二端842附近、与基线830间隔开第四距离844并且在左侧826与X轴782间隔开第二偏移量838。第三组810可以具有四个可视标记物802：一个可视标记物802沿着基线830并且在右侧828与X轴782间隔开第三偏移量846；一个可视标记物802在中间部分836中沿着X轴782与基线830间隔开第七距离852；一个可视标记物802在中间部分836与基线830间隔开第八距离854并且在左侧826与X轴782间隔开第二偏移量838；并且一个可视标记物802在颈部800的第二端842附近、与基线830间隔开第四距离844并且在右侧828上与X轴782间隔开第二偏移量838。
对于每组804、806、810的可视标记物802的布置(例如，相对于基线830和X轴782的距离和偏移量)可以被存储在焊接系统10的存储器中。例如，此类布置可以存储在存储器中，作为对应于耦接到焊接系统10的特定焊炬的校准。如下面详细讨论的，焊接系统10可以检测朝向感测装置16的可视标记物802的布置，并且至少部分地基于检测到的布置和存储在存储器中的布置之间的比较来确定焊炬14相对于训练支架12和工件82的位置和取向。可以诸如在最初使用之前，在重新连接焊炬14之后或在预先确定的维修间隔校准每组可视标记物802。为了校准一组可视标记物802，焊炬14可以以预先确定的位置和取向安装到训练支架12，以使得相应的一组可视标记物802基本上朝向感测装置16。例如，当焊炬14被安装成使得焊炬14的Y轴784大致朝向感测装置16时可以校准第一组804，当焊炬14被安装成使得第二方向808大致朝向感测装置16时可以校准第二组806，并且当焊炬14被安装成使得第三方向812大致朝向感测装置16时可以校准第三组810。在一些实施例中，当校准工具(例如，下面所讨论的校准工具610)耦接到焊炬14时，校准各组可视标记物802。操作者可以通过相对于训练支架12和感测装置16围绕焊接环境移动焊炬14来验证校准。
图33是关联于阈值在焊炬的显示器上显示焊接参数的方法478的实施例。在图示的实施例中，控制电路系统52(或另一个装置的控制电路系统)接收由焊接操作者作出的选择，选择的是与焊炬14的位置、取向和/或移动相关联的焊接参数(方框480)。例如，焊接操作者可以选择焊炬14的用户界面60上的按钮来选择焊接参数。焊接参数可以是任何合适的焊接参数，诸如工作角、行进角、行进速度、末端到工件的距离、指向等。如可以理解的，焊接系统10可以自动地择焊接参数，而不需要来自焊接操作者的输入。在作出选择之后，焊炬14的显示器62关联于焊接参数的预先确定的阈值范围和/或目标值而显示或示出焊接参数的表示(方框482)。显示的焊接参数被配置成随着焊炬14的位置改变、随着焊炬14的取向改变和/或随着焊炬14的移动改变而改变。因此，焊接操作者可以在执行焊接操作时(例如，准备阶段、开始阶段、停止阶段)使用焊炬14来正确地定位和/或取向焊炬14，从而使得焊接操作者能够用在预先确定的阈值范围内或在目标值处的焊接参数执行焊接操作。
例如，焊接操作者可能期望以正确的工作角开始焊接操作。因此，焊接操作者可以在焊炬14上选择“工作角”。在选择“工作角”之后，焊接操作者可以以期望的工作角定位焊炬14。当焊接操作者移动焊炬14时，关联于期望的工作角显示当前的工作角。因此，焊接操作者可以将焊炬14四处移动，直到目前的工作角与期望的工作角匹配和/或在所期望的工作角范围内。如可以理解的，显示器62可以被关闭和/或变暗，以使得其在焊接操作期间是空白的。然而，焊接操作者可以在执行焊接操作之前选择所期望的焊接参数。即使在显示器62为空白的情况下，控制电路系统52也可以被配置成监测焊接参数并在焊接操作期间向焊接操作者提供反馈(例如，振动反馈、音频反馈等)。
图34是焊炬14的显示器62的一组屏幕截图的实施例，其中关联于阈值示出焊接参数。该组屏幕截图示出了为焊接操作者显示焊接参数以便执行焊接操作的各种方式。如可以理解的，在某些实施例中，可以在焊接操作之前、期间和/或之后向焊接操作者显示焊接参数。屏幕484示出不在预先确定的阈值范围内的工作角。显示器62的参数部分486指示所选择的参数。此外，范围部分488指示所选择的参数是否在预先确定的阈值范围内。此外，参数值区段490指示所选择的参数的值。在屏幕484上，38度的工作角是超出范围的，这由从中心圆向外延伸的箭头所指示。屏幕492示出在预先确定的阈值范围内的45度的工作角，这由中心圆所指示(其中没有箭头从该中心圆延伸出)。
如可以理解的，感测装置16可以被配置成检测行进角是拖阻角(例如，行进角在焊接电弧之前)还是推动角(例如，行进角跟随在焊接电弧后面)。因此，屏幕494示出在预先确定的阈值范围之外的23的拖阻行进角，由从中心圆向外延伸的箭头所指示。相反，屏幕496示出在预先确定的阈值范围内的15的推动行进角，由从中心圆所指示(其中没有箭头从该中心圆延伸出)。此外，屏幕498示出在预先确定的阈值范围内的12的行进速度，由与中心圆对准的垂直线所指示。相反，屏幕500示出焊炬14超出(即大于)预先确定的阈值范围的行进速度，如由中心圆的右侧的垂直线所指示。如可以理解的，小于预先确定的阈值范围的行进速度可以由中心圆的左侧的垂直线指示。行进速度指示可以在焊接过程中至少部分地基于所确定的行进速度来实时地相对于中心圆动态地移动，从而引导操作者以预先确定的阈值范围内的行进速度执行焊接过程。
屏幕502示出大于预先确定的阈值范围的1.5的末端到工件的距离，由外环内的小圆所指示。此外，屏幕504示出小于预先确定的阈值范围的0.4的末端到工件的距离，由外环外的圆所指示。此外，屏幕506示出在预先确定的阈值范围内的1.1的末端到工件的距离，如由基本上填满外环内的区域的圆所指示。此外，屏幕508示出在预先确定的阈值范围内的0.02的指向，如由与中心圆对准的宽线509所指示。相反，屏幕510示出不在预先确定的阈值范围内的0.08的指向，如由朝中心圆的顶部的宽线509所指示。在一些实施例中，屏幕508和510的宽线509表示相对于焊炬14的末端的接头。例如，当焊炬14基本上垂直于接头(如由宽线509所指示)取向时，屏幕508和510示出焊炬14的指向。
屏幕511示出当焊炬14相对于接头至少部分地成角度时焊炬14的指向，如由宽线509和焊炬14的倾斜取向所指示。即，虽然对应于屏幕508和511的焊炬14相对于接头(例如，宽线509)的位置基本上相同，但是显示器上的屏幕508的宽线509的取向对应于焊炬14相对于接头的垂直取向，并且显示器62上的屏幕511的宽线509的取向对应于焊炬14相对于接头的非垂直取向。范围区段488的取向(例如，指向指示器、角度指示器、CTWD指示器)可以在显示器上旋转过一转角，该转角被定义为显示器62的前边缘513与接头之间的角度差。显示器62上的图形表示可以对应于焊炬14相对于接头的取向，而不是显示器62相对于操作者的取向。例如，当焊炬14定位在垂直接头附近以使得焊炬14基本上平行于接头时，显示器62上的宽线509可以垂直地取向在显示器62上。接头指示宽线509可以基本上垂直于上面在屏幕498和500中讨论的行进速度指示。显示器62上的图形表示可以在显示器62上旋转，以至少部分地基于焊炬14的所确定的取向(基于检测到的可视标记物802(例如，LED 64)、来自焊炬14的惯性传感器426的反馈或其任何组合)对应于焊炬14相对于接头的取向。在一些实施例中，焊炬14的显示器62的默认模式是显示如屏幕484、492、494、496、498、500、502、504、506、508和510所示的图形表示，其中在焊接操作期间，焊炬14基本上水平地(例如，从右到左、从左到右)移动。显示器62可以被配置成实现显示器62上的图形表示的旋转的旋转模式，如屏幕511所示。显示器62上的图形表示的旋转可以使得操作者能够感知当焊炬14和显示器62周围的外壳466相对于接头移动或旋转时图形表示“悬浮”。即，不管焊炬14相对于接头的倾斜或旋转位置如何，显示器62上的图形表示的箭头和宽线的布置可能不会相对于观看显示器62的操作者而改变。
虽然在图示的实施例中显示器62上已示出特定的图形表示以便关联于阈值示出焊接参数，但是其他实施例可以使用任何合适的图形表示来关联于阈值显示焊接参数。此外，在某些实施例中，可以组合各个参数可视向导，以使得多个参数一起可视地显示。例如，显示器62上的屏幕511可以经由旋转的图形表示基本上实时地示出下列指示(例如，范围区段488、箭头、条)：小于预先确定的阈值工作角范围的工作角、超出预先确定的阈值行进角范围的推动行进角、在预先确定的末端到工件距离阈值范围内的末端到工件距离、在预先确定的指向阈值范围内的指向以及大于预先确定的行进速度阈值范围的行进速度。在一些实施例中，操作者可以在现场或训练焊接操作期间实时地调整显示器62来仅显示所选择的指示(例如，行进速度、行进角、末端到工件的距离)。在一些实施例中，显示器62可以在现场或训练焊接操作期间循环通过焊接参数的各种指示，或者显示器62可以基本上实时地仅示出用于在相应阈值范围之外的参数的一个或多个指示。
此外，在某些实施例中，焊接系统10可以检测焊炬14是否靠近和/或远离焊接接头。与焊接接头的接近度是接触末端到工件的距离(CTWD)和指向参数的函数。当CTWD和指向参数两者都在适当的预先确定的范围内(例如，每一个都小于3.0、2.0、1.5、1.0或0.5英寸)时，焊接系统10可以认为焊炬14在焊接接头附近。此外，当CTWD和指向沿着焊接接头基本上恒定时，焊炬14或另一个装置的控制电路系统52可以至少部分地基于焊炬14相对于工件82的已知(例如，校准的)焊接接头的位置来确定工作角、行进角和行进速度。如可以理解的，焊炬14的位置和取向可以经由焊炬14的感测装置16和标记物474、一个或多个惯性传感器426和/或一个或多个麦克风429确定。在一些实施例中，第二位置检测系统(例如，焊炬14的惯性传感器426、焊炬14的麦克风429)可以仅在焊炬14定位在焊接接头附近时才能被激活。第二位置检测系统在焊炬14不在焊接接头附近时可能被解除激活，以使得感测装置16和标记物474可以用于确定焊炬14在焊接环境内的位置和/或取向。此外，当焊炬14在焊接接头附近时，可视向导可以显示在焊炬14上。当焊炬14在焊接接头附近并且处于现场焊接模式时，消息(例如，警告消息)可以显示在显示器上来指示合适的焊接设备(例如，焊接头盔等)应就位作为对于旁观者的安全预防措施。然而，外部显示器可以在距焊接操作的安全距离处继续显示实时数据。此外，在一些实施例中，当焊炬14在焊接接头附近并且处于现场焊接模式时，在焊接操作者致动焊炬14的扳机的同时，焊炬14的显示器可以被改变(例如，成为基本上空白和/或无图像、成为无干扰视图、成为预先确定的图像等)。当焊炬14远离焊接接头时，致动焊炬14的扳机将不执行(例如，开始)测试运行。此外，当焊炬14远离焊接接头时，致动焊炬14在非现场焊接模式中将不起作用，并且可以在现场焊接模式中进给焊丝，而不开始测试运行。
图35是用于使用至少四个标记物追踪焊接系统10中的焊炬14的方法512的实施例。一个或多个摄像机(例如，诸如感测系统16的一个或多个摄像机)可以用于检测焊炬14的标记物(方框514)。如上所讨论的，标记物可以是反射标记物(例如，后向反射器)和/或发光标记物。此外，标记物可以包括四个或更多个标记物，以有助于确定焊炬14的准确位置和/或取向。计算机18的一个或多个处理器20(或其他处理器)可以与感测系统16一起使用，以基于检测到的标记物追踪焊炬14的位置和/或焊炬14的取向(方框516)。如果一个或多个摄像机不能检测到一个或多个标记物的，则一个或多个处理器20(或控制电路系统，诸如控制电路系统52)可以被配置成在一个或多个摄像机不能检测到标记物时阻止现场焊接(方框518)。然而，在焊接系统10的一些实施例中，与头盔41整合的一个或多个摄像机可以实现四个或更多个标记物的检测，以有助于确定焊炬14相对于焊接头盔41的精确位置和/或取向。因此，与头盔41整合的一个或多个摄像机可以有助于针对某些焊接过程检测焊炬14的位置和/或取向，对于这些焊接过程，一个或多个标记物从被安装到支架12的摄像机来看本应是不可见的。如可以理解的，焊接头盔41在焊接环境中的位置和/或取向可以经由焊接系统10的一个或多个感测装置16确定，所述确定的方式类似于以上针对焊炬14所述的方式(其中标记物是可观察到的)。在一些实施例中，焊炬14的显示器62可以被配置成在一个或多个摄像机不能检测焊炬14的标记物时显示一消息，该消息指示未检测到标记物(方框520)。因此，如果焊炬14不能被感测系统16追踪，则使用焊炬14的现场焊接可能被阻止。
在一个或多个标记物474被遮蔽并且未被检测到的时段内，焊接系统10的一些实施例可以在焊接环境中追踪焊炬14。一些实施例可以利用这样的位置检测系统：其直接观察焊炬14的一部分而不是标记物474。此外，焊接系统10可以包括各种类型(例如，基于视线(即，红外线、可见光或声学)、基于电磁辐射的、基于无线电信号的、基于惯性的)的位置检测系统中的一种或多种，该各种类型的位置检测系统可以独立地或组合地使用以有助于追踪焊炬14相对于工件82的位置、取向和/或移动。在一些实施例中，焊接系统10的控制电路系统(例如，计算机18)可以独立地存储来自每个位置检测系统的输出，从而有助于相应输出的单独分析和/或加权，以确定焊炬在焊接环境内的位置和取向。例如，可以基于输出的精度、输出的可靠性、相应位置检测系统的校准或其任何组合来对来自不同位置检测系统的输出进行加权。如上所述，焊接系统10可以至少部分地基于来自焊炬14的一个或多个惯性传感器426(例如，加速度计、陀螺仪)的反馈来追踪焊炬14的位置和/或取向。此外，当焊炬14的一些部分(例如，标记物474)从一些感测装置16(例如，摄像机)的视线来看被遮蔽时，具有本地定位系统的信标和焊炬14上的一个或多个麦克风429的焊接系统10的实施例可以确定焊炬14在焊接环境内的位置。因此，当控制电路系统52本应确定焊炬14在焊接环境内的位置的时段内，方法512的方框518(在未检测到标记物时阻止现场焊接)可以是选用的。另外，或者在替代方案中，焊接系统10可以在焊炬14不具有如上所述的标记物474时在焊接环境中追踪焊炬14。因此，在一些实施例中，控制电路系统52允许在焊炬14上未检测到或不存在标记物时进行现场焊接。
图36是用于检测处理器20(或任何其他处理器)与焊炬14进行通信的能力的方法522的实施例。焊炬14被配置成检测来自处理器20的信号(方框524)。信号以预先确定的间隔从处理器20提供给焊炬14。在某些实施例中，信号可以是以预先确定的间隔从处理器20提供给焊炬14的脉冲信号。此外，将信号提供给焊炬14，以使得焊炬14能够确定焊炬14能够与处理器20进行通信。如果焊炬14在预先确定的间隔内未接收到来自处理器20的信号，则控制电路系统52(或另一个装置的控制电路系统)被配置成在未检测到信号时阻止使用焊炬14的现场焊接(方框526)。此外，显示器62可以被配置成在阻止现场焊接时显示一消息，该消息指示未检测到来自处理器20的信号(方框528)。因此，焊炬14可以检测处理器20与焊炬14进行通信的能力。
图37是可以与焊接系统10一起使用的用于校准弯曲焊接接头的方法530的实施例。一个或多个摄像机(例如，诸如感测系统16的一个或多个摄像机)可以用于检测弯曲焊接接头的第一位置(例如，第一校准点)(方框532)。例如，校准工具和/或焊炬14可以用于向一个或多个摄像机识别弯曲焊接接头的第一位置(例如，诸如通过使校准工具和/或焊炬14的末端接触到第一个位置)。此外，一个或多个摄像机可以用于追踪校准工具和/或焊炬14以确定校准工具和/或焊炬14的位置和/或取向，以便用于检测弯曲焊接接头的第一位置。
此外，一个或多个摄像机用于检测弯曲焊接接头的第二位置(例如，第二校准点)(方框534)。例如，校准工具和/或焊炬14可以用于向一个或多个摄像机识别弯曲焊接接头的第二位置。此外，一个或多个摄像机可以用于追踪校准工具和/或焊炬14以确定校准工具和/或焊炬14的位置和/或取向，以便用于检测弯曲焊接接头的第二位置。此外，一个或多个摄像机用于在弯曲焊接接头的第一位置与第二位置之间检测弯曲焊接接头的弯曲部分(方框536)。例如，校准工具和/或焊炬14可以用于在弯曲焊接接头的第一位置与第二位置之间识别弯曲焊接接头。此外，一个或多个摄像机可以用于追踪校准工具和/或焊炬14以确定校准工具和/或焊炬14的位置和/或取向，以便用于检测弯曲焊接接头的弯曲部分。如可以理解的，在操作期间，可以检测第一位置，随后可以检测弯曲焊接接头，并且随后可以检测第二位置。然而，第一位置、第二位置和弯曲焊接接头的检测可以以任何合适的顺序发生。在某些实施例中，可以存储弯曲焊接接头的弯曲部分的表示，以便通过将在焊接操作期间焊炬14的位置和/或取向与存储的弯曲焊接接头的弯曲部分的表示进行比较来确定焊接操作的质量。如可以理解的，在某些实施例中，焊接操作可以是多行程焊接操作。
此外，可以通过使校准工具接触到圆形焊接接头的圆周周围的三个不同点来执行对诸如圆形焊接接头(例如，管接头)的某些接头的校准。可以随后通过计算与所有三个点相交的最佳拟合圆来确定圆形焊接接头的路径。圆形焊接接头的路径可以被存储并且用于评估训练焊接的焊接参数。对于更复杂的几何形状，校准工具和/或焊炬14可能沿着整个接头被拖动，以便向系统指示接头，以使得可以计算所有的参数。
在一些实施例中，可以与焊接系统10一起使用的用于校准弯曲焊接接头的方法530可以不利用焊炬14或校准工具来确定焊接接头的路径。即，控制电路系统52可以利用由摄像机(例如，诸如感测系统16的一个或多个摄像机)捕获的一个或多个图像来检测第一位置(方框532)、检测第二位置(方框534)和检测焊接接头的弯曲部分(方框536)。另外，或者在替代方案中，控制电路系统52可以利用一个或多个发射器(例如，发射器105、109)来将可见图案(例如，网格、点域)发射到工件82和焊接接头上。被配置成检测可见图案的摄像机可以基于工件82和焊接接头上的可见图案的形状和取向的具体特征来确定工件82的形状和/或焊接接头的路径。控制电路系统52可以利用对象识别算法(例如，边缘检测)来确定焊接接头和/或工件82的形状，所述对象识别算法被应用于一个或多个捕获图像或可见图案。操作者可以提供输入以辅助对象识别，所述输入例如是选择接头的类型(例如，对接接头、T型接头、搭接接头、角接接头、端接接头)和/或工件82的形状(例如，平坦、管状、弯曲的)。
图38是弯曲焊接接头538的实施例的简图。可以使用图37中所描述的方法530来校准这种弯曲焊接接头538。弯曲焊接接头538在工件540上。具体地，弯曲焊接接头538包括第一位置542、第二位置544和弯曲部分546。使用方法530，可以确定和/或存储弯曲焊接接头538的形状以对弯曲焊接接头538执行焊接操作的焊接操作者进行评估。
图39是具有弯曲焊接接头541的复杂形状工件539的实施例的简图。弯曲焊接接头541可以通过添加到工件539(例如，在弯曲焊接接头541附近)的标记物543进行校准。标记工具545可以将标记物543施加到工件539。标记工具545可以是具有手柄557的手动标记工具545。标记物543可以包括但不限于油漆、油墨、颜料、贴纸(例如，胶带)或经由标记工具545施加到工件539的反射体。操作者可以沿着弯曲焊接接头541滚动标记工具545的标记轮547，从而在工件539上沉积(例如，转印)标记物543以便在现场焊接会话期间被利用。例如，标记轮547上的一个或多个施加器549可以将标记物543施加到工件539。在一些实施例中，在沿着焊接接头541执行焊接结束时，标记物543(例如油漆、油墨、颜料)可以从工件539被移除。即，标记物543可以从工件539洗掉或擦掉。一个或多个施加器549围绕标记工具545布置以有助于沿着工件的路径以重复的图案设置一个或多个标记物。例如，一个或多个施加器549可以围绕标记轮547的圆周551布置，以使得随着标记轮547的每次旋转，一个或多个标记物543的一个周期的图案被施加到工件539。在一些实施例中，施加器549被配置成在每个施加器549与工件539接触时从标记工具545的贮存器施加油漆(例如，反射油漆、荧光漆)。此外，施加器549可以是储存油漆或油墨的吸附剂材料。
支架12上的和/或与焊接系统10的头盔41整合的感测装置16的摄像机可以检测标记物543。焊接系统10的控制电路系统可以确定复杂形状工件539的形状和/或焊接系统10可以至少部分地基于检测到的标记物543来确定沿着弯曲焊接接头541的焊接路径。可以存储复杂形状工件539的形状和/或弯曲焊接接头541的焊接路径，以评估对弯曲焊接接头541执行焊接操作的焊接操作者。虽然图39所示的标记物543是不连续的，但是标记物543的一些实施例可以沿着弯曲焊接接头541是连续的。
如可以理解的，一个或多个标记物543的实施例可以包括各种几何形状、曲线、直线、图片、文字、徽标或其任何组合。图72至图75示出可以由标记工具545施加到工件539的标记物543的实施例。图72至图75中的每一个示出具有已知属性(例如，长度561、宽度563、方向565、形状、半径)的标记物543的相应实施例。在一些实施例中，标记物543关于方向565不对称(例如，图73至图75的标记物)，关于横向593不对称(例如，图72的标记物)，或者关于方向565和593两者均不对称。例如，图75的徽标标记物实施例包括对应于工具制造商和/或卖方的图片和文字。在一些实施例中，每个标记物543具有界定相应标记物543的始端和/或终端的端点567。此外，标记物543的特征(例如，箭头569、文字方向、独特部分)可以有助于将标记物543的已知属性与由感测装置16(例如，摄像机)捕获的图像对应。在一些实施例中，每个标记物543的周期包括一个或多个未标记的长度555(例如，间隙)，如由靠近图39的接头541的虚线标记物543所示。如下面所讨论的，将所观察到的标记物543的图案的属性与标记物543的已知属性进行比较有助于利用标记物543的图案确定工件部件的形状并且确定工件部件之间的焊接接头541。在一些实施例中，标记物543的图案可以是具有已知属性(例如，长度、宽度)的连续线。
图76示出一焊接系统的实施例，其中工件部件569、571沿着焊接接头573接合。如本文所讨论的，术语工件包括待焊接在一起的单独零件(例如，第一部件569、第二部件571)的实施例。第一部件569的第一表面575具有由摄像机579可观察到的标记物543的第一图案577(例如，三角形)。如可以理解的，摄像机579可以是感测装置16的摄像机，诸如耦接到焊接头盔41和/或与焊接头盔41整合的摄像机579。在一些实施例中，摄像机579耦接到焊炬14。标记物543的第一图案577的捕获图像可以用于确定第一表面575的平面。所观察到的第一图案577的标记物543的属性(例如，标记物长度、标记物宽度、标记物半径)与标记物543的已知属性之间的比较可以用于确定标记物543相对于摄像机579的位置(例如，径向距离、高度、方位角)。在一些实施例中，标记物543的已知属性可以包括沿着标记物长度的每个点的标记物宽度。在某点处观察到的标记物宽度与该点处的已知标记物宽度之间的比较可以有助于确定相应标记物543相对于摄像机579的位置和/或取向。所确定的第一图案577的多个标记物(或标记物内的点)的位置可以有助于确定第一表面575的平面。以类似的方式，在第二部件571的第二表面583上的标记物543的第二图案581的捕获图像可以有助于确定第二表面583的平面。接头573的位置可以随后被确定为所确定的第一表面575的平面与所确定的第二表面583的平面的相交线。虽然第一图案577和第二图案581的实施例各自具有多个(例如，三个)完全长度的相邻标记物543，但是可以理解的是，具有一些周期部分的标记物543的标记物543的图案可以用于确定接头573的平面和位置。此外，标记物543的位置、表面575和583的平面和接头573的位置可以由计算机18执行的一种或多种算法确定。
在一些实施例中，可以通过将所观察到的标记物543的属性与标记物543的已知属性进行比较来确定部件和接头573的相应表面。例如，计算机18可以通过将所观察到的第一标记物585的长度和宽度与第一标记物585的已知长度561和宽度563进行比较来确定第一标记物585的位置。计算机18还可以确定第一标记物585的方向565，从而使得计算机18能够估计相邻的第二标记物587的位置。即，施加到工件部件的图案(例如，第一图案577)的标记物543可以由摄像机579在相对于接头573的基本上任何取向(例如，平行、垂直、歪斜)上检测到。将所观察到的第二标记物587的属性与所估计或观察到的第二标记物587的属性进行比较可以有助于确定第一表面575的形状。例如，所观察到的施加到平坦部件(例如，第一表面575)的第一图案577的标记物543的差异可以明显地不同于所观察到的施加到弯曲(例如，圆形)部件591的第三图案589的标记物543的差异。所观察到的标记物543的属性相对于标记物543的已知属性之间的差异(例如，失真)可以用于确定标记物543在工件的表面上的位置和/或取向。此外，所观察到的同一表面上的重复图案内的标记物543的属性之间的差异(例如，失真)可以用于确定工件的形状。
图40是用于追踪多行程焊接操作的方法548的实施例。一个或多个摄像机(例如，诸如感测系统16的一个或多个摄像机)可以用于在多行程焊接操作期间检测焊炬14沿着焊接接头的第一行程(方框550)。此外，一个或多个摄像机用于在多行程焊接操作期间检测焊炬14沿着焊接接头的第二行程(方框552)。此外，一个或多个摄像机用于在多行程焊接操作期间检测焊炬14沿着焊接接头的第三行程(方框554)。控制电路系统52(或另一个装置的控制电路系统)可以被配置成将第一行程、第二行程和/或第三行程的表示作为单次焊接操作一起存储，以确定多行程焊接操作的质量。如可以理解的，多行程焊接操作可以是现场焊接操作、训练焊接操作、虚拟现实焊接操作和/或增强现实焊接操作。
图41是焊接支架12的实施例的立体图。焊接支架12包括由支脚90支撑的焊接表面88。此外，焊接表面88包括一个或多个狭槽91，以有助于将工件定位在焊接表面88上。此外，焊接表面88包括延伸穿过焊接表面88的多个孔口556(例如，孔或开口)。孔口556可以用于使得感测装置16能够确定焊接表面88的位置和/或取向。具体地，标记物可以布置在孔口556的下方但仍然在感测装置16的视野内，以使得感测装置16能够确定焊接表面88的位置和/或取向。标记物可以布置在焊接表面88的下方，以有助于使标记物更持久和/或阻止碎片覆盖标记物，如关于图42更详细地解释的。
抽屉558附接到焊接支架12，以实现用焊接支架12储存各种部件。此外，轮子560耦接到焊接支架12以有助于容易地移动焊接支架12。与抽屉558相邻的校准工具保持器562和焊炬保持器564实现校准工具和焊炬14的存储。在某些实施例中，焊接系统10可以被配置成检测校准工具在不同时间(诸如在执行焊接操作之前)在校准工具保持器562中。从焊接表面88垂直延伸的支撑结构566用于向感测装置16和显示器32提供结构支撑。此外，托盘568耦接到支撑结构566以有助于各种部件的存储。
保护盖102定位在显示器32的上方以阻止某些环境元素(例如，焊接飞溅物、烟雾、火花、热等)与显示器32接触。手柄570耦接到保护盖102以有助于保护盖102从用于阻止某些环境元素与显示器32接触的第一位置(如图所示)远离显示器32地旋转到第二升高位置(如由箭头572所示)。第二位置不被配置成阻止环境元素与显示器32接触。在某些实施例中，保护盖102可以由闩锁装置、冲击件、致动器、止动件等保持在第一位置和/或第二位置中。
开关573用于检测保护罩102是处于第一位置中还是第二位置中。此外，开关573可以耦接到控制电路系统52(或另一个装置的控制电路系统)，并且被配置成检测保护盖102是处于第一位置中还是第二位置中，并且在开关573检测到保护盖102处于第一位置中和/或第二位置中时阻止或启用各种操作(例如，现场焊接、辅助供电等)。例如，如果开关573检测到保护盖102处于第二位置中(例如，未正确地覆盖显示器32)，则控制电路系统52可以阻止现场焊接和/或模拟焊接(在保护盖102处于第二位置中的情况下，感测装置16可能无法精确地检测标记物)。作为另一个示例，如果开关573检测到保护盖102处于第二位置中，则焊接支架12的控制电路系统可以阻止被提供给焊接支架12的插座574的电力的可用性。在某些实施例中，显示器32可以示出保护盖102处于第一位置中和/或第二位置中的指示。例如，当保护盖102处于第二位置中时，显示器32可以向焊接操作者提供现场焊接和/或插座574处的电力不可用的指示。焊接支架12包括扬声器575，以使得音频反馈能够提供给使用焊接支架12的焊接操作者。此外，在某些实施例中，如果在保护盖102处于第二位置中时致动焊炬14的扳机，则焊接系统10可以向操作者提供视觉和/或音频反馈(例如，焊接系统10可以提供视觉消息和可听音效)。
如图所示，支撑结构566包括第一臂576和第二臂578。第一臂576和第二臂578可围绕支撑结构566旋转，以使得第一臂576和第二臂578能够定位在所选择的高度处以便进行垂直焊和/或仰焊。在图示的实施例中，第一臂576和第二臂578可相对于彼此独立地(例如，单独地)旋转，以使得第一臂576可以定位在第一垂直位置处，而第二臂578可以定位在不同于第一垂直位置的第二垂直位置处。在其他实施例中，第一臂576和第二臂578被配置成一起旋转。此外，在某些实施例中，第一臂576和第二臂578可以基于焊接操作者的选择独立地旋转和/或一起旋转。如可以理解的，在其他实施例中，臂可以不耦接到支撑结构566，而作为替代可以定位在其他位置处，诸如定位成在一个或多个前支脚上方垂直地延伸，诸如此类。此外，在一些实施例中，结构可以耦接到焊接支架12，以有助于焊接操作者倚靠和/或依靠在其上(例如，倚靠栏上)。
第一臂576和第二臂578中的每一个包括有助于将第一臂576和第二臂578保持在所选择的垂直位置中的冲击件580(或另一个支撑装置)。此外，第一臂576和第二臂578中的每一个包括被配置成将第一臂576和第二臂578分别锁定在所选择的位置中的制动系统582。在某些实施例中，制动系统582通过向手柄、开关、踏板和/或另一个装置施加力来被解锁。
工件82耦接到第二臂578，以便进行仰焊和/或垂直焊。此外，第一臂576包括焊板108，以便进行仰焊、水平焊和/或垂直焊。如可以理解的，工件82、焊板108和/或用于保持焊板108的夹钳可以包括多个标记物(例如，反射和/或发光的)，以有助于由感测装置16进行追踪。例如，在某些实施例中，工件82、焊板108和/或夹钳可以包括在一个表面上(例如，在一个平面中)的三个标记物以及在另一个表面上(例如，在不同的平面中)上的第四标记物，以有助于由感测装置16进行追踪。如图所示，制动器释放件584附接到第一臂576和第二臂578中的每一个，以解锁每个制动系统582。在某些实施例中，诸如当第一臂576和第二臂578的制动器释放件584垂直地位于焊接操作者可够到的范围的上方时，拉链可以从每个制动器释放件584向下延伸，以有助于解锁和/或降低第一臂576和第二臂578。因此，焊接操作者可以拉动拉链的手柄来解锁制动系统582和/或降低第一臂576和第二臂578。
如图所示，第二臂578包括夹钳组件588，以将工件82耦接到第二臂578。此外，夹钳组件588包括多个T形手柄590，以调整、上紧、固定和/或松开夹钳和夹钳组件588的其他部分。在某些实施例中，第一臂576还可以包括各种T形手柄590，以调整、紧固、上紧和/或松开焊板108。如可以理解的，夹钳组件588可以包括多个标记物(例如，反射和/或发光的)，以有助于由感测装置16进行追踪。例如，在某些实施例中，夹钳组件588可以包括在一个表面上(例如，在一个平面中)的三个标记以及且在另一个表面上(例如，在不同的平面中)的第四标记物，以有助于由感测装置16进行追踪。应当注意，焊接系统10可以在第一臂576和第二臂578中的一者或两者上包括夹钳组件588。
感测装置16包括可移除盖592，其设置在感测装置16的一个或多个摄像机的前面以阻止环境元素(例如飞溅物、烟雾、热等)或其他对象接触感测装置16。可移除盖592设置在狭槽594，所述狭槽594被配置成将可移除盖592保持在感测装置16的前面。在某些实施例中，可以不使用工具地插入、移除和/或更换可移除盖592。如下面详细解释的，可移除盖592可以以一定角度设置在感测装置16的前面，以有助于红外光从其中通过。
如图所示，连杆组件596可以耦接在第一臂576和/或第二臂578与感测装置16之间，以有助于感测装置16随着第一臂576和/或第二臂578旋转而旋转。因此，当第一臂576和/或第二臂578旋转时，感测装置16也可以旋转，以使得感测装置16的一个或多个摄像机被定位成追踪所选择的焊接表面。例如，如果第一臂576和/或第二臂578定位在降低的位置中，则感测装置16可以被配置成追踪在焊接表面88上发生的焊接操作。另一方面，如果第一臂576和/或第二臂578定位在升高的位置中，则感测装置16可以被配置成追踪垂直焊操作、水平焊操作和/或仰焊操作。在一些实施例中，第一臂576和/或第二臂578以及感测装置16可以不是机械连接的，但是第一臂576和/或第二臂578的旋转仍然可以有助于感测装置16的旋转。例如，第一臂576和/或第二臂578上的标记物可以由感测装置16检测，并且感测装置16可以基于感测到的第一臂576和/或第二臂578的位置移动(例如，使用电动机)。
在一些实施例中，第一臂576和/或第二臂578的移动可以至少部分地使训练支架12的部件对感测装置16的先前校准无效。例如，在用训练支架12的主(例如，水平)焊接表面88校准感测装置16之后，第一臂576和第二臂578的随后移动可以至少部分地基于感测装置16的移动使主焊接表面88的校准无效。因此，在操作者执行利用第一臂576和/或第二臂578的焊接会话之后，感测装置16可以用主焊接表面88被重新校准。在一些实施例中，当感测装置16基于检测到的感测装置16相对于焊接表面88的移动而有待重新校准时，计算机18经由显示器32和/或可听通知来通知操作者。另外，或者在替代方案中，焊炬14的显示器62可以在感测装置16有待重新校准时通知操作者。
图42是图41的焊接支架12的焊接表面88的实施例的剖视图。如图所示，焊接表面88包括在焊接表面88的上平面597与焊接表面88的下平面598之间延伸穿过的多个孔口556。托架599定位在每个孔口556的下方。托架599可以使用任何合适的紧固件或固定装置耦接到焊接表面88。在图示的实施例中，托架599使用紧固件600(例如，螺栓、螺钉等)耦接到焊接表面88。在其他实施例中，托架599可以被焊接、粘合或以其他方式固定到焊接表面88。此外，在某些实施例中，托架599可以安装到焊接支架12的横向侧而不是焊接表面88。标记物602耦接到托架599并且垂直地定位在孔口556的下方，但是标记物602与孔口556水平地错开，以阻止灰尘和/或飞溅物与标记物602接触并且使得感测装置16能够感测标记物602。在一些实施例中，标记物602可以定位在孔口556内和/或在任何位置处，以使得运动追踪系统定位在上平面597的一侧上，并且标记物602定位在上平面597的相对侧上。如可以理解的，标记物602可以是光反射和/或发光的(例如，LED 64)。例如，在某些实施例中，标记物602可以由光反射带和/或回射器形成。在一些实施例中，标记物602可以是球形标记物。因此，感测装置16可以检测标记物602以确定焊接表面88的位置和/或取向。
图43是具有可移除盖592的感测装置16的实施例的剖视图。如图所示，可移除盖592设置在狭槽594中。感测装置16包括摄像机604(例如，红外摄像机)，该摄像机604具有在摄像机604的一侧上的面605，该面605上具有透镜606。可移除盖592被配置成使得红外光能够通过其中并阻止环境元素(例如，飞溅物、烟雾、热等)或其他物体与摄像机604的透镜606接触。如可以理解的，摄像机604可以包括被配置成发射红外光的一个或多个红外发射器607。如果可移除盖592直接定位在面605的前面，则来自红外发射器607的大量红外光可以由可移除盖592朝摄像机604的透镜606反射。因此，可移除盖592相对于摄像机604的面605以角度608定位，以引导相当大部分的红外光朝透镜606反射。具体地，在某些实施例中，可移除盖592可以相对于摄像机604的面605以约10至60度之间的角度608定位。此外，在其他实施例中，可移除盖592可以相对于摄像机604的面605以约40至50度之间(例如约45度)的角度608定位。可移除盖592可以由任何合适的透光材料制成。例如，在某些实施例中，可移除盖592可以由聚合物材料或任何其他合适的材料制成。
图44是校准工具610的实施例的立体图。如可以理解的，校准工具610可以用于校准工件、工作面、焊接接头等，从而进行焊接操作。校准工具610包括手柄612以有助于夹紧校准工具610。此外，校准工具610被配置成由感测装置16检测以确定校准工具610的末端614正接触的空间位置。在某些实施例中，耦接到感测装置16的计算机18可以被配置成仅由接触特定表面的末端614来确定校准点。在其他实施例中，计算机18被配置成由焊接操作者确定校准点，所述焊接操作者提供指示末端614正接触校准点的输入。此外，在图示的实施例中，计算机18被配置成在向下的力经由手柄施加到校准工具610时由接触校准点的末端614检测校准点。向下的力引导两个相邻标记物之间的距离，使其低于预先确定的阈值，从而指示所选择的校准点。感测装置16被配置成检测两个相邻标记物之间的距离的变化，并且计算机18被配置成使用距离的变化来识别校准点。
手柄612耦接到透光盖616。此外，垫圈618耦接到透光盖616的一端，而端盖620耦接到透光盖616的相对端。在操作期间，当使用手柄612将向下的力施加到校准工具610时，末端613与垫圈618之间的距离622减小。
图45是图43的校准工具610的立体图，其中外盖616被移除。校准工具610包括具有第一轴626的第一部分624。此外，第一轴626在一端上包括末端614并且在相对端上包括轴承628(或安装结构)。在某些实施例中，轴承628具有被配置成配合在焊炬14的接触末端周围的的杯状结构。此外，第一轴626包括与其耦接的第一标记物630和第二标记物632。校准工具610还包括具有第二轴636的第二部分634，其中第三标记物638耦合到第二轴636。弹簧640在第三标记物638与轴承628之间设置在第二轴636周围。如可以理解的，弹簧640有助于将第三标记物638朝向第二标记物632引导。例如，当使用手柄612将向下的力施加到校准工具610时，弹簧640被压缩以减小第二标记物632与第三标记物638之间的第一距离642。相反，当向下的力从校准工具610撤去时，弹簧640被解除压缩以增大第二标记物632与第三标记物638之间的第一距离642。第一标记物630与第二标记物632之间的第二距离644是固定的，并且第一标记物630与末端614之间的第三距离646也是固定的。
在某些实施例中，焊接系统10使用校准工具610来使用预先确定的算法检测校准点。例如，测量末端614与最接近末端614的标记物(例如，第一标记物630)之间的第三距离646。将第三距离646存储在存储器中。测量两个固定标记物(例如，第一标记物630与第二标记物632)之间的第二距离644。将第二距离644也存储在存储器中。此外，测量标记物(例如，第二标记物632与第三标记638)之间的由设置在其间的弹簧640压缩的距离。使用它们的x、y、z位置在两个固定标记物之间计算出一直线。该直线用于沿着该直线投影一矢量，该矢量具有在最接近末端614的第一标记物630处开始的第三距离646的长度。矢量的方向可以被选择成远离被压缩的标记物。因此，可以使用标记物来计算末端的三维位置。在一些实施例中，仅两个标记物可以由校准工具610使用。在此类实施例中，可以假定最接近末端614的标记物是最接近工作面(例如，工作台或夹钳)的标记物。尽管图示的实施例中的校准工具610使用压缩来指示校准点，但是校准工具610可以以任何合适的方式指示校准点，诸如通过露出标记物、覆盖标记物、导通LED(例如，IR LED)、断开LED(例如，IR LED)、启用和/或禁用到计算机的无线传输等。
第一标记物630、第二标记物632和第三标记物638是球形的，如图所示；然而，在其他实施例中，第一标记物630、第二标记物632和第三标记物638可以是任何合适的形状。此外，第一标记物630、第二标记物632和第三标记物638具有反射性外表面和/或包括发光装置。因此，第一标记物630、第二标记物632和第三标记物638可以由感测装置16检测。因此，感测装置16被配置成检测第一距离642、第二距离644和第三距离646。当第一距离642减小到低于预先确定的阈值时，计算机18被配置成识别校准点。如可以理解的，第一距离642、第二距离644和第三距离646都是不同的，以使得感测装置16和/或计算机18能够使用第一标记物630、第二标记物632和第三标记物638的位置来确定末端614的位置。
为了校准工件，可以先将工件夹紧到焊接表面88。在将工件夹紧到焊接表面88之后，焊接操作者可以向焊接系统10提供输入，以表示工件准备好被校准。在某些实施例中，用于将工件固定到焊接表面88的夹钳可以包括标记物，该标记物有助于焊接系统10检测到工件被夹紧到焊接表面88。在焊接系统10接收到工件被夹紧到焊接表面88的指示之后，焊接操作者使用校准工具610来识别工件82上的两个校准点。在固定工件的夹钳组件588具有标记物(例如，可视标记物802)的情况下，接头校准工具610的测量可能与夹钳组件588的标记物相对。因此，计算机18可以在已基于夹钳标记物的识别而校准接头之后补偿工件82和/或夹钳组件588的移动。具体地，在图示的实施例中，焊接操作者使末端614接触到第一校准点，并使用手柄612施加向下的力，直到焊接系统10检测到相邻标记物之间的距离的足够变化，从而指示第一校准点。此外，焊接操作者使末端614接触到第二校准点，并使用手柄612施加向下的力，直到焊接系统10检测到相邻标记物之间的距离的足够变化，从而指示第二校准点。在某些实施例中，如果校准工具610被按压并在预先确定的时间段(例如，0.1秒、0.3秒、0.5秒、1.0秒、2.0秒等)保持在校准点处，则焊接系统10将仅检测该校准点。焊接系统10可以被配置成在预先确定的时间段内捕获多个校准点(例如，50个、100个等)并将它们一起求平均。如果检测到多个校准点的移动大于预先确定的阈值，则校准可能被拒绝并重新进行。此外，如果成功校准第一点，则可能需要第二点位于远离第一点的最小距离(例如，2英寸、4英寸、6英寸等)。如果第二点不位于远离第一点的最小距离，则第二点的校准可能被拒绝并重新进行。焊接系统10使用两个校准点来校准工件。
在某些实施例中，焊接系统10可以确定第一校准点与第二校准点之间的虚拟线。虚拟线可以无限长并且延伸超出第一校准点和第二校准点。虚拟线表示焊接接头。各种焊接参数(例如，工作角、行进角、接触末端到工件的距离(CTWD)、指向、行进速度等)可以参考该虚拟线。因此，虚拟线对于计算各种焊接参数可能是重要的。
应当注意，在某些实施例中，第一标记物630、第二标记物632和第三标记物638全部垂直地设置在手柄612的上方，而在其他实施例中，第一标记物630、第二标记物632和第三标记物638中的一个或多个标记物垂直地设置在手柄612的下方，以实现相邻标记物之间的更大距离。在某些实施例中，第一部分624可以从校准工具610移除并耦接到焊炬14的接触末端，以用于校准焊炬14。如可以理解的，校准工具610的末端614可以是任何合适的形状。图46至图48示出末端614可能具有的形状的几个实施例。
具体地，图46是校准工具610的尖头末端648的实施例的侧视图。使用尖头末端648，校准工具610可以用于校准工件82上的各种接头，诸如所示的角焊缝接头、搭接接头、没有根部开裂的对接接头等。此外，图47是校准工具610的圆形末端650的实施例的侧视图。使用圆形末端650，校准工具610可以用于校准工件82上的各种接头，诸如所示的角焊缝接头、具有根部开裂的对接接头、搭接接头等。此外，图48是校准工具610的具有小的尖头末端652的圆形末端650的实施例的侧视图。使用圆形末端650的端部上的小的尖头末端652，校准工具610可以用于校准工件82上的各种接头，诸如所示的没有根部开裂的对接接头、角焊缝接头、搭接接头等。在某些实施例中，校准工具610的末端可以是可移除的和/或可逆的，以使得末端包括两种不同类型的末端(例如，每个相对端上一种类型的末端)。因此，焊接操作者可以选择由校准工具610使用的末端的类型。在某些实施例中，如果校准工具610是可逆的，则一个或多个标记物可以耦接到校准工具610。一个或多个标记物可以用于指示正使用末端的哪一侧，以使得焊接系统10可以使用适当的标记物到末端距离进行校准计算。
图49是用于检测校准点的方法654的实施例。感测装置16(或焊接系统10的另一个部件)检测校准工具610的第一标记物、校准工具610的第二标记物和/或校准工具610的第三标记物(方框656)。此外，焊接系统10确定第一标记物与第二标记物之间的第一距离和/或第二标记物与第三标记物之间的第二距离(方框658)。此外，焊接系统10检测第一距离或第二距离是否在预先确定的距离范围内(例如，表示压缩距离)(方框660)。
如果第一距离或第二距离在预先确定的距离范围内(例如，表示压缩距离)，则焊接系统10确定校准点的位置(方框662)。此外，焊接系统10确定校准工具610的校准末端相对于第一标记物、第二标记物和第三标记物中的至少一个的位置，以确定校准点的空间位置(方框664)。
图50是用于基于焊接路径确定焊接分数的方法666的实施例。因此，方法666可以用于评估焊接操作。感测装置16(或任何合适的运动追踪系统)检测焊接操作的初始位置(方框668)。此外，感测装置16检测焊接操作的结束位置(方框670)。此外，感测装置16检测初始位置与结束位置之间的焊接操作的空间路径(方框672)。例如，感测装置16追踪焊接操作的位置和/或取向。焊接系统10至少部分地基于焊接操作的空间路径确定焊接操作的分数(例如，基于焊接操作的空间路径确定焊接操作是否接收到合格分数)(方框674)。例如，在某些实施例中，焊接操作的空间路径可以单独地用于确定焊接分数是否不及格。在一些实施例中，感测装置16可以用于检测对应于初始位置的校准点和/或对应于结束位置的校准点。
例如，在某些实施例中，焊接系统10通过确定以下内容来确定焊接操作是否接收到合格分数：焊接操作的路径的距离是否大于预先确定的低阈值，焊接操作的路径的距离是否小于预先确定的低阈值，焊接操作的路径的距离是否大于预先确定的上限阈值，焊接操作的路径的距离是否小于预先确定的上限阈值，焊接操作的路径基本上从焊接操作的预先确定的路径偏离，焊接操作的路径指示沿着焊接接头的单个位置处发生多个焊接行程，沿着焊接操作的路径的焊接的时间大于预先确定的低阈值，沿着焊接操作的路径的焊接的时间小于预先确定的低阈值，沿着焊接操作的路径的焊接的时间大于预先确定的上限阈值，和/或沿着焊接操作的路径的焊接的时间小于预先确定的上限阈值。
此外，在一些实施例中，对于焊接系统10确定分数，焊接系统10可以忽视路径相邻于初始位置的第一部分和路径相邻于末端位置的第二部分。例如，路径的第一部分和路径的第二部分可以包括约0.5英寸的距离。此外，在其他实施例中，路径的第一部分和路径的第二部分可以包括在约0.5秒的时间内形成的路径部分。
图51是用于使用焊炬14的用户界面在焊接模式之间转换的方法676的实施例。焊炬14的控制电路系统52(或另一个装置的控制电路系统)检测由焊炬14的用户界面产生的信号，该信号指示变更焊接模式(例如，焊接训练模式)的请求(方框678)。此外，控制电路系统52确定检测到信号的时间的长度(方框680)。控制电路系统52被配置成如果检测到信号的时间的长度大于预先确定的阈值，则将焊接模式从模拟模式(例如，虚拟现实模式、增强现实模式等)变更到现场焊接模式(方框682)。相反，控制电路系统52被配置成仅在检测到信号(例如，在从现场焊接模式进行转换之前，不存在拟检测信号的时间的长度)的情况下将焊接模式从现场焊接模式变更到模拟模式(方框684)。控制电路系统52被配置成在变更到现场焊接模式之后引导焊炬14振动(方框686)。例如，控制电路系统52可以被配置成引导焊炬14振动两次或更多次(例如，振动脉冲)以指示至现场焊接模式的变更。
此外，控制电路系统52可以被配置成引导焊炬14振动任何适当的次数(例如，预先确定的次数)以指示至现场焊接模式的变更。如可以理解的，可以通过按压焊炬14的用户界面上的按钮来产生一信号，该信号指示变更焊接模式的请求。这样，焊接模式可以通过按压并释放按钮(例如，不必向下按压按钮一段预先确定的时间)从现场焊接模式作出变更。相反，焊接模式可以通过按压并保持按钮一段预先确定的时间从模拟模式变更到现场焊接模式。在某些实施例中，可以在变更焊接模式之后产生可听声。此外，在一些实施例中，可听声和振动可以伴随焊接模式之间的任何变化。此外，焊炬14的显示器可以在变更焊接模式之后显示焊接模式。在一些实施例中，显示器可以在显示器上使焊接模式闪烁预先确定的次数。
图52是远程训练系统(诸如头盔训练系统41)的实施例的框图。在一些实施例中，头盔训练系统41有助于获取焊接过程的焊接参数(例如，工作角、行进角、接触末端到工件的距离、焊炬行进速度、焊炬取向、焊炬位置、焊炬相对于工件的接头的指向等)和/或电弧参数(例如，焊接电压、焊接电流、送丝速度)而无需利用上述的支架12。如可以理解的，操作者在焊接期间利用头盔，并且头盔训练系统41将一个或多个感测装置16(例如，发射器、接收器)整合到头盔中。头盔41的各种实施例可以纳入计算机18(例如，作为控制器)，经由线路连接耦接到计算机18，或经由无线连接耦接到计算机。在一些实施例中，头盔训练系统41利用目镜700在焊接过程中保护操作者免受电弧影响。在一些实施例中，显示器32设置在头盔训练系统41内，以使得操作者可以在为焊接过程作准备时或在焊接过程中观察显示器32和目镜700。显示器32可以是通过头盔训练系统41至少部分地与操作者的视野重叠的平视显示器。如可以理解的，焊接软件可以利用布置在头盔训练系统41内的显示器32来以类似于上述用头盔41外部的显示器32的方式呈现信息给操作者。例如，头盔41的显示器32可以示出一个或多个电弧参数、一个或多个焊接参数或其任何组合的视觉表示(例如，数字、文字、颜色、箭头、图形)。即，头盔41的显示器32可以根据所选择的焊接作业来关联于焊接参数的预先确定的阈值范围和/或目标值显示焊接参数的视觉表示。在一些实施例中，显示器32可以类似于上面用图34描述的焊炬14的显示器62的方式关联于阈值示出焊接参数或电弧参数的图形表示。此外，头盔41的显示器32可以在使用头盔41的操作者执行焊接会话(例如，焊接作业)之前、期间或之后示出一个或多个参数(例如，电弧参数、焊接参数)。
头盔训练系统41利用一个或多个整合的感测装置16来从焊炬14和工件82的观察值确定焊接参数。头盔训练系统41的一个或多个感测装置16可以包括一个或多个接收器702，包括但不限于麦克风、摄像机、红外接收器或其任何组合。此外，在一些实施例中，一个或多个发射器704可以发射能量信号(例如，红外光、可见光、电磁波、声波)，并且能量信号的反射可以由一个或多个接收器702接收。在一些实施例中，焊炬14和/或工件82的基准点706(例如，标记物)是发射能量信号的有源标记物(例如，LED)，如上面结合图31和图32所讨论的。因此，头盔训练系统41的一个或多个接收器702可以接收从有源标记物发射的能量信号。具体地，接收器702可以识别被设置在工件82、工作环境708和/或焊炬14上的基准点(例如，标记物)706，并且接收器702可以将对应于所识别的基准点的反馈信号发送到计算机18(例如，控制器)。如上所讨论的，所识别的基准点706的布置可以使得感测装置16能够确定焊炬14在工作环境708中的位置和取向。计算机18(例如，控制器)可以确定基准点706之间的距离，并且可以至少部分地基于来自接收器702的反馈来确定焊接参数。另外，计算机18(例如，控制器)可以耦接到焊接电源28、送丝器30和/或焊炬14内的传感器，以确定焊接过程的电弧参数。应注意，在某些实施例中，传感器和计算机18(例如，控制器)实现在现场电弧焊接期间确定实际的电弧参数。换句话说，可以例如确定并显示实际的电压和电流(即，不是平均电压和电流、或电压和电流的任何其他衍生物)，从而使得用户能够识别实际电弧参数在实际现场电弧焊接期间如何变化。然而，在某些实施例中，如本文所述，滤波器可以应用于至少一些电弧参数和焊接参数，以消除检测值的时间序列图中的噪声。
在一些实施例中，头盔训练系统41可以从所识别的基准点确定焊接系统10的部件的类型。例如，TIG焊炬的基准点不同于MIG焊炬的基准点。此外，由计算机18执行的焊接软件244可以至少部分地基于所确定的焊接系统10的部件的类型来控制焊接电源28和/或送丝器30。例如，头盔训练系统41可以基于焊炬14的类型、工件82的焊接位置和/或工件材料来控制电弧参数(例如，焊接电压、焊接电流)。头盔训练系统41还可以基于与登记号293相关联的操作者的体验或认证状态来控制电弧参数。例如，头盔训练系统41可以控制焊接电源28，以减少可供如下操作者选择的焊接电流：这些操作者对于在相对较薄的工件上或在仰焊位置中的焊接过程具有少于预先确定的阈值的经验。在一些实施例中，头盔训练系统41的一个或多个感测装置16包括耦接到计算机18的惯性传感器709(例如，陀螺仪和加速度计)。惯性传感器709可以使得计算机18能够确定头盔训练系统41在环境内的取向和相对移动。
在一些实施例中，头盔训练系统41包括操作者识别系统43。操作者识别系统43可以利用扫描器710(例如，指纹扫描器、视网膜扫描器、条形码扫描器)或输入/输出装置712(例如，键盘、触摸屏)来接收来自操作者的识别信息。如上所讨论的，识别信息可以与对操作者来说唯一的登记号293相关联。如上所讨论的，由计算机18(例如，控制器)所接收的焊接数据可以存储在存储器22或存储装置24中。计算机18(例如，控制器)可以使所接收并存储的焊接数据与所识别的操作者的登记号293相关联。网络装置36经由有线或无线连接耦接到网络38，以将来自头盔训练系统41的焊接数据327存储在数据存储系统318(例如，云存储系统)中。在一些实施例中，当头盔训练系统41在远端(例如，生产楼层、工地)操作时，头盔训练系统41可以将焊接数据本地存储在计算机18的存储装置24内。头盔训练系统41可以被配置成在与网络38连接后将存储的焊接数据上传到数据存储系统318(例如，云存储系统)，例如当操作者在班次结束或在周末将头盔训练系统41收起的时候。在一些实施例中，头盔训练系统41的网络装置36可以在操作者执行焊接会话期间和/或之后经由网络38使焊接数据流到数据存储系统318(例如，云存储系统)。
如可以理解的，使用本文所述的系统、装置和技术，可以提供用于训练焊接操作者的焊接系统10。焊接系统10可以是节约成本的，并且可以使得焊接学员能够接受高质量的动手训练。虽然本文所述的焊接系统10可以用于接收并关联用于训练和教学目的的焊接数据327，但是可以理解的是，本文所述的焊接系统10可以用于监测操作者并从非训练焊接过程获得焊接数据327。即，从非训练焊接过程获得的焊接数据可以用于监测先前训练的操作者的焊接质量和/或焊接生产率。例如，焊接数据327可以用于验证是否执行了用于特定焊接过程的焊接程序。如图52所示，多个焊接系统10可以经由网络38耦接到数据存储系统318(例如，云存储系统)。因此，数据存储系统318可以从多个焊接系统10(例如，具有训练支架12的系统、头盔训练系统41)接收与登记号293相关联的焊接数据327。此外，与每个登记号293相关联的焊接数据可以包括对应于由相应操作者执行的其他焊接任务的序列号329。此外，如本文所用，术语“作业”不限于由操作者执行的用于训练和教学目的的焊接试验。即，作业可以包括非训练焊接过程、训练模拟焊接过程和训练现场焊接过程等。此外，术语“焊接会话”可以包括但不限于焊接作业、在生产楼层上执行的焊接、在工地处执行的焊接或其任何组合。
可以经由耦接到网络38的远程计算机44来监测和/或管理数据存储系统318(例如，云存储系统)的焊接数据327。所存储的焊接数据327对应于在一个或多个位置处由各个操作者执行的焊接过程(例如，现场、模拟、虚拟现实)。图53示出用户可观察仪表板屏幕720的实施例，该用户可观察仪表板屏幕720可以由管理者或教员利用来监测和/或分析数据存储系统318中所存储的焊接数据327。可以通过焊接数据327的特性(例如，过滤标准)来组织焊接数据327。可以用于分类焊接数据327的焊接数据327的特征可以包括但不限于一个或多个组织722(例如，训练中心、雇主、工作地点)、组织内的一个或多个组724(例如，班次)、所选择的组织722或组724内的操作者的一个或多个登记号726、执行焊接过程的时间(例如，日期728、当日时间)、系统725和焊接标识730(例如，特定焊接作业、与焊接任务相关联的唯一标识物、工件零件号码或焊接类型)。例如，可以在仪表板屏幕720上显示在一段时间(例如，日期728)内并跨不同组织722或不同组724的与一个或多个登记号293相关联的焊接数据327。因此，管理者或教员可以通过与操作者的登记号293相关联的焊接数据随时间的推移、跨不同组织地追踪操作者的进展。在一些实施例中，焊接数据类型732(例如，现场训练、现场非训练、模拟、虚拟现实)可以用于对观察到的焊接数据进行过滤。此外，在一些实施例中，焊接工艺类型735(例如，GMAW、TIG、SMAW)可以用于对观察到的焊接数据进行过滤。如可以理解的，可以将用于每个焊接会话(例如，焊接作业)的焊接数据分类(例如，过滤)成各种子集。如图53所示，由登记号为58,794的操作者于2014年6月25日用系统I执行的现场、非训练焊接可以通过对于登记号726、系统725、日期728和焊接数据类型732的适当字段中的一个或多个字段的选择来显示在仪表板屏幕720上。
另外，或者在替代方案中，教员可以利用搜索控件733来搜索与各种参数(例如，序列号329、组织722、组724、操作者姓名、登记号726、时间、焊接数据类型)相关联的焊接数据327，这些参数对应于由操作者执行的焊接任务。在选择一组焊接数据时，仪表板屏幕720的区段734可以显示与所选择的焊接数据和/或焊接数据的至少一部分相关联的图形标记(例如，分数)。此外，可以在选择焊接数据327和用户控件736时查看焊接数据327的细节。仪表板屏幕720可以使得管理者或教员能够在仪表板屏幕720上保存或编辑焊接数据的布置。此外，仪表板屏幕720可以使得管理者或教员能够输出焊接数据327的至少一部分。例如，管理者可以输出焊接数据327，所述焊接数据327对应于在一天或一周时间内由一组操作者执行的会话。仪表板屏幕720可以使得管理者或教员能够以各种格式(包括但不限于逗号分隔值(CSV)文件、电子表格文件和文本文件)输出焊接数据327。在一些实施例中，管理者或教员可以从数据存储系统(例如，云存储系统)移除焊接数据的子集(例如，演示焊接数据)。另外，或者在替代方案中，管理者或教员可以编辑焊接数据类型732，诸如以将训练焊接数据修改为非训练焊接数据，修改与焊接数据相关联的操作者，修改与焊接数据相关联的时间等。
如可以理解的，仪表板屏幕720可以使得管理者或教员能够监测、比较并分析与一个或多个登记号726相关联的焊接数据。在一些实施例中，焊接操作者的表现、经验和历史数据可以通过登记号726跨组织或组进行比较。在一些实施例中，仪表板屏幕720可以使得管理者或教员能够设定目标或提供作业给所期望的登记号726。此外，管理者或教员可以监测并调整先前建立的目标。仪表板屏幕720可以将注解或评述与焊接数据一起被输入和存储，所述注解或评述有关于与一个或多个登记号相关联的焊接表现。
图54示出焊接环境11中的焊接系统10的实施例，该焊接系统10可以追踪焊炬14的位置和/或取向而不利用上面图30至图32中所描述的焊炬14上的标记物474。图54的焊接系统10可以在进行焊接过程之前追踪焊炬14的位置和/或取向。在一些实施例中，图54的焊接系统10可以在焊接过程中追踪焊炬14的位置和/或取向。一个或多个深度传感器750布置在焊接环境11中的各种位置处，例如第一深度传感器752布置在工件82上方，第二深度传感器754与焊接头盔41(例如，头盔训练系统)整合，或第三深度传感器756与工件82处于同一水平或上述任何组合。每个深度传感器750可以具有被配置成以期望波长发射可见图案的发射器和被配置成监测焊接环境11中的可见图案的摄像机。由每个深度传感器750发射的可见图案可以与由其他深度传感器750发射的可见图案相同或不同。此外，每个深度传感器750的可见图案的期望波长在深度传感器750之间可以相同或不同。图54用实线箭头示出分别从每个深度传感器750发射的可见图案，并且图54用虚线箭头示出朝每个深度传感器750反射的图案。可见图案的波长可以在红外光谱、可见光谱或紫外光谱(例如，约1mm至120nm)内。每个深度传感器的发射器将焊接环境11中的相应可见图案发射到焊接表面88、工件82、焊炬14或操作者或其任何组合上。通过观察在焊接环境11中反射的可见图案，计算机18可以追踪在焊接环境内移动的对象(例如，焊炬14、操作者)。另外，计算机18可以基于在焊接环境11中的可见图案的观察来识别工件82的形状或工件82上的焊接接头路径。
如可以理解的，由焊炬14与工件82撞击出的电弧758发射电磁辐射。由电弧发射的电磁辐射的每个波长下的发射物的波长和强度可以基于多种因素，包括但不限于工件材料、电极材料、保护气体成分、焊接电压、焊接电流、焊接过程的类型(如SMAW、MIG、TIG)。在一些实施例中，感测装置16包括光传感器，所述光传感器被配置成在焊接过程之前和期间检测焊接环境11的波长电磁辐射。焊接系统10的计算机18可以基于从感测装置16所接收的反馈来确定所发射的波长和所发射的波长的强度。另外，或者在替代方案中，计算机18可以从存储在计算机18或数据存储系统318的存储器中的数据、焊接参数和电弧参数确定所发射的波长和所发射的波长的强度。例如，计算机18可以确定用于钢MIG焊接的电弧具有与用于铝TIG焊接的电弧不同的主导波长。
在一些实施例中，可以选择由深度传感器750发射的一个或多个可见图案的波长以减少在焊接过程中来自电弧758的噪声。此外，在一些实施例中，深度传感器750可以改变所发射的可见图案的波长。因此，计算机18可以自适应地控制所发射的可见图案的波长，以提高来自深度传感器反馈的位置和取向确定的精度。即，计算机18可以控制深度传感器750对于钢MIG焊接发射第一范围的可见图案，并且对于铝TIG焊接发射不同的第二范围的可见图案。另外，或者在替代方案中，计算机18可以过滤由深度传感器750所接收的信号以减少或消除电弧758的发射物的影响。
此外，对于一些焊接过程(例如，短路MIG)，在焊缝成形期间，电弧758可以不是连续的。在电弧758熄灭时(例如，在焊接过程的短路阶段期间)所发射的电磁辐射可以显著小于在电弧758存在时所发射的电磁辐射。计算机18可以控制深度传感器750在电弧758熄灭(例如，灭弧)时而不是在电弧758存在时发射相应的可见图案，从而使得深度传感器750能够在焊接过程中追踪焊炬14的位置和/或取向。即，计算机18可以使所发射的可见图案同步以与焊接过程的短路阶段基本同时发生。短路频率可以大于30Hz，从而使得计算机18能够以约30Hz或更高的频率确定焊炬14在焊接环境11中的位置和/或取向。
另外，或者在深度传感器750的替代方案中，焊接系统10可以利用本地定位系统762来确定焊炬14在焊接环境11内的位置。本地定位系统762的信标764布置在焊接环境周围的已知位置处，并发射信号766(例如，超声波、RF)，所述信号766通过焊炬上的一个或多个麦克风429被接收。耦接到一个或多个麦克风429的计算机18可以至少部分地基于从三个或更多个信标764所接收的信号来确定焊炬14在焊接环境11内的位置。计算机可以通过三角测量、三边测量或多点定位确定焊炬14的位置。围绕焊接环境11分布的本地定位系统762的多于三个信标764增加了本地定位系统762的健全性，并且增加了在沿着具有复杂形状(例如，管状)的工件82的任何点处焊炬14落在至少三个信标764的视线内的可能性。在一些实施例中，信标764可以与焊接系统10的深度传感器750或部件(诸如焊接电源28)一起定位。
返回到图31和图32，焊炬14的实施例可以具有多组可视标记物802，以有助于检测焊炬14相对于训练支架12和工件82的位置和取向。在一些实施例中，感测装置16可以同时(例如，大约同时)检测并追踪多组可视标记物802。然而，耦接到感测装置16的控制器(例如，计算机18)可以仅存储或以其他方式利用与一组可视标记物802(诸如最朝向感测装置16的一组可视标记物802)相关的追踪数据。如本文所讨论的，可视标记物(例如，LED 64)被认为朝向包括多个摄像机的感测装置16，当可视标记物朝向空间内相对于感测装置16的每个摄像机具有已知位置的固定点时。例如，在感测装置16具有以阵列布置的多个摄像机的情况下，固定点可以是多个摄像机的质心。在一些实施例中，质心是相对于感测装置的每个摄像机的中心位置，例如与摄像机的相应透镜等距。在一些实施例中，可视标记物802是可以独立控制的LED 64。例如，可以单独控制每组LED 64(例如，第一组804、第二组806、第三组810)，以使一次仅导通一组LED并使之发光。在一些实施例中，可以经由耦接到焊炬14的焊接电缆对可视标记物802直接地或间接地供电。例如，可视标记物802(例如，LED 64)可以从焊炬14的电源端口接收电力。另外，或者在替代方案中，与焊接电缆捆绑或分开的辅助电缆可以为可视标记物802供电。减少可由感测装置16检测的可视标记物802的数量可以减少确定焊炬14的位置和取向的复杂性。即，当一次仅导通一组LED 64时，感测装置16可以基于检测到的LED 64的布置容易地确定焊炬14的哪一侧(例如，顶侧、左侧、右侧)正面向感测装置16。焊炬14的控制电路系统52可以控制LED 64，以使得在模拟或现场焊接会话(例如，现场焊接作业)期间，至少一组LED 64可由感测装置16检测到。在焊炬14具有在已知方向上取向的至少一组无源可视标记物802(例如，后向反射器)的一些实施例中，控制电路系统52可以控制LED 64，以使得当无源可视标记物802可由感测装置16检测时，各组LED 64中没有任何一组LED被导通。
如可以理解的，可视标记物802相对于焊炬14的布置可以用感测装置16校准，以使得每组可视标记物802的取向方向(例如，784、808、812)可以用于在现场和/或训练(例如，模拟、增强现实、虚拟现实)焊接操作期间确定焊炬的位置和取向。图77示出可以用于校准焊炬14的可视标记物802(例如，LED 64)的方法1100。校准标记物(例如，辅助可视标记物)可以诸如在焊炬的末端处耦接(方框1102)到焊炬，以使得校准标记物与焊炬14的轴线53对准。校准标记物可以包括但不限于两个或更多个有源或无源标记物，类似于图44和图45所示的校准工具610。焊炬放置(方框1104)在保持器(例如，夹钳、虎钳)中，以使得校准标记物和第一组可视标记物802可由感测装置16观察到。在第一组可观察的可视标记物802具有有源标记物(例如，LED 64)的情况下，第一组可视标记物802被导通(方框1106)。感测装置16检测(方框1108)耦接到焊炬的校准标记物和第一组可观察的可视标记物802。在一些实施例中，耦接到感测装置16的处理器20基于检测到的与第一可组可观察的可视标记物802分开的校准标记物来确定(方框1110)焊炬14的取向。例如，处理器20可以至少部分地基于耦接到焊炬14的校准标记物之间的已知关系来确定焊炬14的轴线53在已知位置中的取向。在一些实施例中，处理器可以通过与前面描述的校准工具610的标记物630、632相同的方式确定(方框1110)焊炬14的取向。在一些实施例中，处理器20可以确定(方框1112)第一组可视标记物802相对于焊炬14的确定取向的取向。另外，或者在替代方案中，处理器20可以至少部分地基于第一组可视标记物802的两个或更多个可视标记物的相对位置来确定(方框1112)第一组可视标记物802相对于第一组可视标记物802的刚体模型的取向。如上面用图31和图32所描述，第一组可视标记物802定位在焊炬14上，以使得由感测装置16检测到的布置可以由被处理器20执行的代码识别，以确定对应的刚体模型。在识别到第一组可视标记物802的布置时，处理器20基于焊炬14的各组可视标记物802之间的已知几何关系来确定(方框1114)其他各组可视标记物物802的取向。此外，处理器20基于焊炬14周围的各组可视标记物802之间的已知几何关系、由感测装置16对显示器62的识别、由感测装置对显示器62的特定图案(例如，校准图案、制造商标志)的识别或其任何组合来确定(方框1116)焊炬14的显示器62的取向。一旦焊炬14和耦接到其上的各组可视标记物802诸如通过方法1100被校准，焊炬14就可以用于现场和/或训练焊接操作。确定显示器62相对于焊炬14的轴线53和/或各组可视标记物802的取向使得显示器62上的图形表示能够对应于显示器62到接头的取向。
耦接到感测装置16和/或控制电路系统52的处理器20可以利用图55所示的方法860来确定导通哪一组LED 64以追踪焊炬14的移动和位置。如可以理解的，方法860可以由控制器(包括但不限于处理器20、控制电路系统52或其组合)来执行。通常，控制器可以在检测间隔内按顺序地导通每一组LED 64，随后将由感测装置16从每组LED 64检测到的响应进行比较，以确定哪一组LED 64能够更好地追踪数据。例如，控制器可以导通(方框862)左侧组(例如，第二组806)LED 64。控制器确定(节点864)是否在检测间隔(例如，约50至500ms、100至300ms或约200ms)内检测到左侧组LED 64。如果在节点864处未检测到左侧组LED 64，则控制器可以导通(方框866)顶部组(例如，第一组802)LED 64。控制器随后确定(节点868)是否检测到顶部组LED 64。如果在节点868处未检测到顶部组LED 64，则控制器可以导通(方框870)右侧组LED 64(例如，第三组810)。控制器随后确定(节点872)是否检测到右侧组LED 64。如果在节点872处未检测到右侧组LED 64，则控制器可以返回到方法860的开始处，并且导通(方框862)左侧组LED 64。在一些实施例中，控制器可以重复方法860以在检测间隔期间按顺序地导通每组LED 64，直到检测到至少一组LED 64为止。
如本文所讨论的，当控制器确定是否检测到一组LED 64(例如，节点864、868、872)时，控制器可以确定是否检测到相应组的LED 64的阈值量(例如，三个、四个、五个或更多)。如上所讨论的，阈值量可以小于或等于相应组的可视标记物(例如，LED 64)的总量。在一些实施例中，控制器被配置成在检测到阈值量的LED 64时确定焊炬14的刚体(RB)模型。控制器确定(节点874)对应于被追踪的各组LED 64的哪个刚体模型最接近理想模型。如可以理解的，理想模型可以对应于当一组LED 64直接朝向预先确定的角度范围(例如，约20、30、45或60度)内的感测装置16(例如，一个或多个摄像机)的时候。此外，每组LED 64可以在LED64的轴线(例如，第一组804的方向784、第二组806的方向808、第三组810的方向812)与对于该LED是最理想的感测装置16的轴线之间具有其本身的预先确定的角度范围，诸如对于顶部组LED 64为约45度、对于左侧组和右侧组LED 64为约30度。在一些实施例中，当相对于焊炬14的Y轴784朝向感测装置16时，第一组802的LED 64可以近似理想模型。如果所确定的对应于一组LED 64(例如，第二组806)的焊炬14的刚体模型不近似理想模型，则控制器可以关断该组并导通下一组(例如，第一组802)LED 64以确定是否可以用下一组检测近似理想的刚体模型。另外，或者在替代方案中，控制器可以利用检测到的一组(例如，第一组804)LED64的非理想角度和其他各组(例如，第二组806、第三组810)LED 64的预先确定的相对角度来确定哪一组(例如，第三组810)LED 64最接近地对应于理想模型，从而使得控制器能够直接导通那组(例如，第三组810)LED64而不导通其他组(例如，第二组806)。当所确定的刚体模型近似理想模型时，控制器可以被配置成锁定一组LED 64以使其保持导通。
在一些实施例中，当LED 64在感测装置16的约20至60度或约30至50度内取向时，一组LED 64可以近似理想模型。从每个LED 64发射的光可以从LED 64的轴线的约45、60、70或80度或更大角度内的点观察到。然而，虽然每个LED 64可以在相对广的锥形角(例如，约45至80度)内由感测装置16(例如，一个或多个摄像机)观察到，但是每个LED 64可以具有半强度角，如果超出该半强度角，来自LED 64的可见光的强度小于沿着LED 64的轴线(例如，0度)的强度的一半。如本文所讨论的，朝向感测装置16(例如，摄像机)取向的LED 64或可视标记物可以由感测装置16观察到。例如，当可视标记物的轴线相对于到感测装置16的视线未被遮挡并且相对于到感测装置16的视线在约80度内时，可视标记物朝感测装置16取向。因此，基于各组LED 64的取向，控制器的一些实施例可以能够一次确定对应于多于一组LED64的刚体模型。
在可以确定多个刚体模型的情况下，控制器可以确定哪一组LED 64最大程度地朝向感测装置16取向。此外，当焊炬取向在可以针对LED 64的相应组确定多个刚体模型的角度附近波动时，控制器可以利用滞后控制。如上所讨论的，第一组802的LED 64可以大约沿着Y轴784取向，并且第二组806的LED 64可以取向成使得第二方向808与Y轴784偏移约45度。在一些实施例中，可以针对在到感测装置16的视线的约30°(例如，半强度角)内取向的相应每组LED 64可靠地确定刚体模型，以使得可以针对约15度或更大度数的重叠范围确定用于每个相应组(例如，802、806)的刚体模型。如可以理解的，具有相对于Y轴784的不同的偏移或不同的半强度角的各组LED 64的其他布置可以在各组LED 64之间具有不同的重叠范围(例如，约5至45度、10至30度或15至25度)。因此，各组LED 64的重叠可观察范围可以减少或消除焊炬14的一些位置(例如，死区)，对于这些位置，至少一组LED 64不可由传感装置16检测(例如，观察)到。例如，当第一组804在到感测装置16的视线的约45度内取向时，利用滞后控制的控制器可以保持锁定到第一组804的LED 64，即使当第二组806在到感测装置16的视线的小于约45度内取向时也是如此。然而，当第一组804取向成相对于到感测装置16的视线大于锁定角度阈值(例如，约45度)并且第二组806取向成相比第一组804更加朝向到感测装置16的视线时，滞后控制可以引导控制器从第一组804的LED 64解除锁定并且锁定到第二组806。即，滞后控件可以在多组LED 64可以由感测装置16检测到时减少各组LED 64的关断和导通，并且当焊炬14在操作期间取向在各组LED 64之间的阈值附近和/或以不同方式短暂地取向时防止各组LED 64之间的快速振荡。滞后控制可以基于可视标记物802的相应组相对于锁定角度阈值的取向角度、可视标记物802的相应组在锁定角度阈值内取向的持续时间或其任何组合来引导控制器保持锁定在一组可视标记物802。而当第一组802的LED 64朝向在该组LED 64的半强度角(例如，约30度)内时，控制器独自可以锁定到第一组802的LED 64，滞后控制引导控制器来保持锁定到第一组802的LED 64以使角度达到大于半强度角的锁定角度阈值并且当第一组802取向成大于锁定角度阈值并且第二组806在锁定角度阈值内取向时变更到第二组806的LED64。锁定角度阈值可以包括但不限于LED 64的半强度角(例如，约20、30、45或60度)。另外，或者在替代方案中，当第一组804的轴线784在相对于到感测装置16的视线的约10至60、15至45或20至30度的锁定角度阈值内时，控制器保持锁定到第一组804的可视标记物802。即便有第一组804仍可见而第二组806的可视标记物802最大程度地朝向感测装置16的短暂间隔(例如，小于约10、5、3或1秒)，控制器可以保持锁定在第一组804。
在锁定在近似理想模型的一组LED 64时，控制器可以至少部分地基于从被追踪的该组LED 64确定的位置和取向来更新(方框876)在焊接系统10的显示器32、头盔41的显示器32和/或焊炬14的显示器62上显示的项目。在一些实施例中，控制器可以实时地(RT)更新(方框876)显示器32和/或62，从而使得焊接参数的图形表示的指南成为由操作者在焊接操作期间可用的RT指南。当所确定的刚体模型近似理想模型时，控制器可以维持每组LED 64的状态(例如，导通、关断)。在一些实施例中，控制器可以在操作期间每隔一段时间重复方法860，从而按顺序地导通每组LED 64以验证针对被锁定的该组LED 64所确定的刚体模型最近似理想模型。例如，控制器可以每1、5或15分钟地重复方法860。另外，或者在替代方案中，控制器可以在接收作业、选择作业时、在从训练支架12提起焊炬14时或其任何组合时重复方法860。如本文所讨论的，按顺序地导通每组LED 64可以包括在检测间隔内导通焊炬14的一组LED 64(例如，第一组804)并且关断焊炬14的所有其他各组LED 64(例如，第二组806、第三组810)的重复序列，以使得每组LED 64被导通并发光持续一段时间，而其他各组LED 64被关断并且不发光。
如上所讨论的，焊接系统10的各种元件可以具有用于在焊接环境内实时地追踪相应元件的移动和/或校准元件相对于训练支架12或工件82的位置和取向的标记物。例如，图4的训练支架12可以具有第一标记物95和第二标记物96，焊接表面112可以具有标记物116、118，图5的校准工具120可以具有标记物130，图6的夹具组件132可以具有第一标记物134和第二标记物136，图30的焊炬14可以具有标记物474，并且图31的焊炬14可以具有可视标记物802。图56示出可以设置有可视标记物882的基座部件880的剖视图。基座部件880可以包括但不限于训练支架12、工件82、焊接表面112、校准工具120、夹具组件132、焊炬14、夹钳组件588或其任何组合。
基座部件880可以耦接到隔热层884(例如，塑料、织物、陶瓷、树脂、玻璃)。在一些实施例中，基座部件880热涂覆有隔热层884。另外，或者在替代方案中，隔热层884可以包裹在基座部件880周围、模制到基座部件880、机械地紧固到基座部件880、机械地紧固在基座部件880周围、或粘结到基座部件880。如可以理解的，基座部件880可以接收或传导来自焊接过程的热量。在一些实施例中，基座部件880基本上(例如，大于90％)由隔热层884涂覆。可视标记物882可以定位在基座部件880的隔热层884上的不同位置处。在一些实施例中，可视标记物882至少部分地嵌入和/或凹入隔热层884内。可视标记物882可以由感测装置16容易地检测。例如，可视标记物882可以反射一种或多种电磁波。例如，可视标记物882可以反射可见光和/或红外(IR)光。在一些实施例中，可视标记物882中的一个或多个标记物可以发射光，诸如经由一个或多个LED64。基座部件880可以包括耦接到此类LED 64的电源(例如，电池)，或者可以经由耦接到焊接系统10的电力电缆(例如，经由计算机18)对LED 64供电。每个可视标记物882的位置可以被配置成使得感测装置16能够确定基座部件880在焊接环境内的位置和取向。可视标记物882可以定位在基座部件880的一个或多个面上。感测装置16可以被配置成检测可视标记物882并且向控制器(例如，计算机18)提供反馈以确定基座部件880的刚体模型并确定基座部件880的其上设置有被检测的可视标记物882的面的方向。即，控制器(例如，计算机18)可以以与前面描述的确定耦接到焊炬14的各组LED 64的刚体模型以及确定各组LED 64的相应标记物方向相同的方式来确定基座部件880的刚体模型和基座部件880的面的方向。基座部件880的每一侧上的可视标记物882的不同数量和/或布置可以基于检测到可视标记物882的布置来有助于相应侧的识别。
覆盖层886(例如，盖板)耦接到隔热层884和可视标记物882。覆盖层886可以覆盖可视标记物882，从而保护可视标记物882免受一些环境因素(诸如飞溅物、灰尘、意外移除等)的影响。在一些实施例中，覆盖层886不覆盖或仅部分地覆盖可视标记物882。在一些实施例中，覆盖层86是塑料，诸如聚碳酸酯。覆盖层886可以是基本上不反射由标记物882反射的一种或多种电磁波的材料。另外，或者在替代方案中，不覆盖可视标记物882的覆盖层886可以被调整以减少或消除电磁波(例如，可见光、红外光)的反射。例如，覆盖层886可以被着色、涂层或粗糙化(例如，喷砂)或其任何组合。在一些实施例中，除了在直接覆盖可视标记物882的区域，覆盖层886基本系非反射性的。
图57是焊接支架12、臂576、578和夹钳组件588的实施例的立体图。如上所讨论的，第一臂576和第二臂578可围绕支撑结构566旋转，以使得第一臂576和第二臂578能够定位在所选择的高度处以便进行垂直焊和/或仰焊。如图所示，第二臂578包括夹钳组件588，以将工件82耦接到第二臂578。第二臂578和夹钳组件588可以相对于训练支架12定位在各种高度处。另外，或者在替代方案，夹钳组件588可以耦接到每个臂576、578，并且夹钳组件588可以相对于感测装置16在各种方向上取向。如可以理解的，夹钳组件588可以包括多个可视标记物802(例如，反射和/或发光的)，以有助于由感测装置16进行追踪。例如，在某些实施例中，夹钳组件588可以在夹钳本体899的一个表面上(例如，在一个平面中)包括三个标记物并且在另一个表面上(例如，在不同的平面中)包括第四标记物，以有助于由感测装置16进行追踪。夹钳本体889的夹钳面890可以基本上平行于感测装置16，或者以从感测装置16偏移的角度取向。安装座892将夹钳组件588耦接到第二臂578。
图58是沿剖切线58-58截取的图57的夹钳组件588的安装座892的实施例的顶视图。夹钳轴900将安装座892耦接到夹钳本体889。在一些实施例中，夹钳轴900的保持特征902可以限制夹钳轴900沿着夹钳轴线904在至少一个方向上的移动。此外，夹钳紧固件906可以与保持特征902和安装座892介接，以将夹钳轴900沿着夹钳轴线904保持在期望的位置中。安装座892可以围绕轴线908旋转，从而调整夹钳本体889和夹钳面890相对于感测装置16的取向。在一些实施例中，紧固件910(例如，销)可以以期望的取向将安装座892耦接到第二臂578。紧固件910可以固定地耦接到安装座892，从而防止紧固件910从焊接系统10移除。在一些实施例中，保持特征902和/或紧固件910可以相对于夹钳组件588偏压(例如，弹簧加载)，从而实现在一个或多个预先确定的位置中与夹钳组件588的自动接合。例如，将紧固件910插入到第一凹槽912中使夹钳面890在基本上平行于感测装置16的第一方向914上取向，将紧固件910插入到第二凹槽916中使夹钳面890在第二方向918上取向，并且将紧固件910插入到第三凹槽920中使夹钳面890在第三方向922上取向。第二方向918和第三方向922可以在方向914的约10、20、30、40或50度内(例如，朝感测装置16)取向。图58的第二方向918和第三方向922从第一方向914偏移约30°。当夹钳组件588安装在第二臂578上并且夹钳面在第二方向918上取向时，夹钳组件588可以被配置用于在这样的位置进行焊接：其中工件82的一部分从感测装置16的视线来看可能遮挡接头的一部分。例如，当工件82耦接到第二臂578上的夹钳组件588以使得夹钳面890在第二方向918上取向时，在3F位置中执行的焊接(例如，T接头和搭接接头的垂直角焊)可以由感测装置16容易地观察到。
臂和相应夹钳组件的位置和取向被校准，以使得感测装置16能够追踪焊炬14相对于耦接到夹钳组件588的工件82的接头的移动。如图59所示，校准块930可以耦接到夹钳组件588以有助于夹钳组件588的校准。在一些实施例中，图44和图45的校准工具610耦接到校准块930，以使得校准工具610以预定义的角度(例如，垂直)从校准块930延伸。校准块930和校准工具610可以使得感测装置16能够校准夹钳组件588的法向矢量，以校准固定到夹钳组件588的工件82的法向矢量和/或校准相对于地板的真实垂直(即天顶)矢量。感测装置16可以在夹钳组件588安装到每个臂576、578时经由计算机18确定用于夹钳组件588的夹钳标记物的刚体模型和/或质心，在这段时间内夹钳组件588的不同侧处于感测装置16的视野内，其中夹钳组件588的每一侧具有标记物的唯一配置。感测装置16可以耦接到臂576、578，以使得当升高和降低每个臂时，相应侧的夹钳标记物的质心的y值改变。如上所讨论的，每个臂576、578的移动可以调整感测装置16的取向。因此，感测装置16可以在相应臂576、578的多个高度处确定用于夹钳组件588的夹钳标记物的质心的y值。计算机18可以为在相应高度处的每个质心确定天顶矢量，从而使得计算机18能够在夹钳组件588耦接到每个臂576、578时使用夹钳标记物的质心的y值来确定(例如，内插计算)对于任何高度的天顶矢量。在每个高度处的校准期间，水准仪可以与夹钳校准块930一起使用，以确保校准工具610的取向精确地表示天顶矢量。夹钳标记物的质心的y值还可以用于确定夹钳的高度并为操作者提供关于焊接会话的正确高度定位的反馈。在焊接会话期间夹钳组件588的高度可以与用于每个焊接会话的焊接数据327一起被存储。在一些实施例中，焊接系统10可以确定夹钳组件588相对于感测装置16的取向，从而使得焊接系统10能够通知操作者工件82是否对于焊接任务处于不正确的取向中。例如，焊接系统10可以通知操作者何时夹钳组件588和工件82取向成使得焊炬14的可视标记物802在焊接会话期间将至少部分地从感测装置16的视线中被遮蔽，从而使得操作者能够调整夹钳组件588，以使得可以观察所有可视标记物802。
图60是流程图940，其示出利用用于垂直焊或仰焊(例如，焊位不当)任务的其中一个臂的工作焊接会话的设置和执行。操作者同时选择(方框942)焊位不当会话(例如，2G、3G、3F、4G、4F)并追踪(方框944)工件。操作员随后将期望的臂设置(方框946)到对应于会话的高度，并且调整夹钳组件以便使用感测装置进行校准。在设置臂和夹钳组件时，操作者将工件耦接(方框948)到夹钳组件。操作员可以随后调整(方框950)夹钳取向，诸如如果工件从感测装置来看至少部分地遮蔽接头、如果工件或夹钳组件的标记物从感测装置来看被遮蔽、或者如果夹钳组件基本上不垂直于地面，或其任何组合。在调整夹钳取向之后，操作者、教员或管理者可以校准(方框952)夹钳组件。在一些实施例中，可以为臂移动的每个场合或者为夹钳组件附接到臂的每个场合执行校准一次，以使得夹钳组件可以在每次会话之前不被校准。夹钳组件的校准可以验证在指定用于会话的配置和/或取向中检测到夹钳组件。操作者校准(方框954)接头端，从而在表示接头的直线中建立2个点。在一些实施例中，诸如对于3F位置中的焊接会话，操作者利用上面用图44和图45所描述的校准工具610来校准(方框954)接头端，其中校准工具的轴线保持在平行于感测装置的约5°内。如可以理解的，可以用具有相对于感测装置的其他取向的校准工具来校准其他位置中的焊接会话。另外，或者在替代方案中，计算机可以在校准期间补偿校准工具的取向，其中校准工具的标记物被以倾斜角度观察。例如，计算机可以确定校准工具相对于夹钳组件的角度，随后利用所确定的角度来调整接头端的校准值。在校准接头端之后，操作者随后执行(方框956)焊接任务并检查(方框958)结果。在一些实施例中，训练支架的显示器和/或焊炬的显示器可以向操作者提供指令以引导焊接会话的设置。
感测装置16可以在执行作业焊接会话之前、在焊接会话期间以及在执行焊接会话之后追踪夹钳组件588、工件82和焊炬14的位置和取向。如上所讨论的，感测装置16可以包括检测可视标记物802(诸如夹钳组件588、工件82和焊炬14的可视标记物)的一个或多个摄像机。在一些实施例中，每当固定表面的可视标记物802是可检测的，计算机18可以利用对应于固定表面(例如，夹钳组件588、工件82)的可视标记物802的数据，以供在焊接环境中相对于其他追踪对象的参考。即，固定表面的可视标记物802有助于在焊接环境内实时地追踪其他对象(例如，焊炬14、校准工具610)。由感测装置16的一个或多个摄像机检测到的可视标记物802可以包括无源标记物(例如，贴纸、反射器、图案)和/或有源标记物(例如，灯、LED)。可以用感测装置16的一个或多个摄像机的第一曝光设置(例如，8、15、25、50)最佳地观察无源标记物，并且可以用一个或多个摄像机的第二曝光设置(例如，1、2、3、4、5)最佳地观察有源标记物，所述第二曝光设置可以不同于第一曝光设置。在一些实施例中，夹钳组件588和工件82的可视标记物802可以是无源标记物，并且焊炬14的可视标记物802可以是有源标记物(例如，LED 64)。此外，无源标记物可以由感测装置16的光源(例如，一个或多个灯、LED 64)照亮，其中当无源标记物朝一个或多个摄像机取向时，来自光源的光(例如，红外光、可见光)从无源标记物反射并且由感测装置16的一个或多个摄像机观察。因此，可以至少部分地基于待观察的可视标记物的类型来调整一个或多个摄像机的曝光设置。如可以理解的，用于对发光的有源标记物进行取样的第二曝光设置可以小于用于对反射光的无源标记物进行取样的第一曝光设置。
计算机18可以在执行焊接会话(例如，模拟焊接作业、现场焊接作业)之前并且在执行该焊接会话期间轮流地追踪焊炬14的可视标记物802和焊接环境的固定表面。因此，计算机18可以实时地追踪焊炬14、夹钳组件588和工件82相对于彼此和相对于训练支架12的位置和取向。当检测对象在焊接环境中在训练支架12周围的位置和取向时，计算机18可以主要追踪焊炬14的可视标记物802，并且计算机18可以辅助地追踪固定表面(例如，主焊接表面88、夹钳组件588、夹紧的工件82)的可视标记物802。即，通过以比固定表面上的辅助追踪的无源可视标记物的取样速率更高的取样速率来对焊炬14的有源视觉标记物802进行取样和检测，计算机18可以主要追踪焊炬14的可视标记物802。可以在模拟或现场焊接会话(例如，焊接作业)之前、期间和之后基本上连续地导通焊炬14的有源标记物。计算机18可以控制感测装置16的一个或多个摄像机的曝光设置，以控制固定表面和焊炬14的相应取样速率。例如，焊炬14的可视标记物802可以比固定表面的可视标记物802被取样的1.5、2、3、4、5或更多倍地被取样。另外，或者在替代方案中，有源可视标记物取样间隔可以大于反射可视标记物间隔，其中计算机18通过循环通过有源可视标记物取样间隔和反射性可视标记物取样间隔来重复地追踪焊接系统10的可视标记物。即，计算机18使一个或多个摄像机的曝光设置在第二曝光设置(例如，用于追踪焊炬14的有源标记物的低曝光值)与第一曝光设置(例如，用于追踪固定表面的无源标记物的高曝光值)之间循环。调整感测装置16的一个或多个摄像机的曝光设置可能延迟取样间隔的循环。在一些实施例中，计算机18可以记录对应于检测到的无源(例如，反射性)可视标记物的数据，而不管在哪个取样间隔(例如，反射性可视标记物间隔、有源可视标记物取样间隔)期间接收到数据。此外，仅当未检测到无源可视标记物时，计算机18可以记录对应于检测到的有源可视标记物的数据，从而通过减少可能与检测的多种类型(例如，有源、无源)的可视标记物相关联的噪声来提高记录数据的精度。
在启动模拟焊接会话(例如，焊接作业)之前，计算机18可以控制感测装置16的光源(例如，LED 64)被导通，从而使得计算机18能够在启动模拟焊接会话之前、在模拟焊接会话期间以及在模拟焊接会话之后追踪固定表面的无源标记物和焊炬14的有源标记物。如上所述，计算机18可以在启动焊接作业之前并且在焊接作业期间使一个或多个摄像机的曝光设置循环，以用第一曝光设置对无源标记物进行取样并用第二曝光设置对有源标记物进行取样。在现场焊接期间(例如，当致动焊炬14的扳机时)，计算机18可以控制感测装置16的光源来以增加的亮度水平脉冲发光，从而循环地增加来自无源标记物的反射光。使光源脉冲发光(例如，选通)可以使得感测装置16的一个或多个摄像机能够在具有明亮的电弧和飞溅物的现场焊接期间以减少的曝光设置容易地追踪无源标记物。此外，使照亮无源标记物的光源脉冲发光可以减少运动模糊性。计算机18可以控制一个或多个摄像机的曝光设置来与感测装置16的光源的脉冲发光同步，以使得当曝光设置处于第一(例如，高)曝光设置时光源更明亮地进行脉冲发光，并且当曝光设置处于第二(例如，低)曝光设置时，光源昏暗或关断。例如，计算机18可以控制一个或多个摄像机的曝光设置，以使得在光源明亮地进行脉冲发光时将曝光设置设定在第一(例如，高)曝光设置以检测无源标记物，并且在光源昏暗或关断时将曝光设置设定在第二(例如，低)曝光设置以检测有源标记物。另外，或者在替代方案中，计算机18可以在校准夹钳组件588期间控制感测装置16的光源关断，从而将焊炬14的有源标记物与夹钳组件588的无源标记物区分开。在一些实施例中，感测装置16的光源的脉冲亮度水平可以大于在光源基本上连续地导通时的亮度水平(例如，在焊接作业完成之前和之后，而焊接系统记录与焊接作业相关的数据)。感测装置16在较高亮度水平的光源下可以比在较低亮度水平的光源下更容易检测无源标记物。然而，在非现场焊接操作(例如，模拟焊接、虚拟现实焊接)期间使感测装置16的光源脉冲发光(例如，选通)可能会无意地激活焊接头盔的自动变暗电路。因此，当焊接头盔由于电弧而变暗时，感测装置16的光源可能在现场焊接期间被脉冲发光，而当焊接头盔不变暗时，感测装置16的光源在模拟焊接期间连续导通。计算机18可以控制光源(例如，一个或多个LED 64)的脉冲频率和/或脉冲占空比(例如10％、25％、50％、100％)。另外，或者在替代方案中，计算机18可以在非现场焊接间隔期间控制感测装置16的光源的照明设定(例如，波长、强度)，以使得焊接头盔的自动变暗电路不被激活。例如，在焊接头盔的自动变暗电路响应于一定波长或强度的光而激活的情况下，计算机18可以控制光源脉冲发光或连续地发出一定波长或强度的光，这样的光减少或消除了自动变暗电路的激活。
在一些实施例中，焊接系统10可以追踪多行程(例如，多次运行)会话，从而记录用于多行程任务的每个行程(例如，每次运行)的焊接数据327。如上面用图40所讨论的，焊接系统10的控制电路系统52可以将用于多次运行会话的每次运行的焊接数据327记录为单次焊接操作，用于确定多次运行会话的质量或用于以其他方式检查多次运行会话。在一些实施例中，焊接系统10的控制电路系统52可以将用于多次运行会话的焊接数据327记录为一组运行，这组运行对应于用于多次运行会话的序列号或其他标识物。即，用于多次运行会话的焊接数据327可以作为一组被检查和评估，或者多次运行会话的每次运行可以被单独地检查和评估。多次运行会话可以包括但不限于现场过程、模拟过程、虚拟现实过程或其任何组合。
图61是示出多行程(例如，多次运行)焊接会话(例如，焊接作业)的选择和执行的流程图970。操作者选择(方框972)多次运行会话，并将工件82一起设置(方框974)在训练支架12上。工件82的设置可以包括将工件82夹紧到训练支架12。操作者校准(方框976)接头，诸如通过利用接头校准工具610来校准接头的第一端和接头的第二端的位置。如可以理解的，接头校准工具610可以在多次运行会话的第一次运行之前与工件82直接介接以进行校准(方框976)。操作者选择(节点978)是在模拟焊接模式还是在现场焊接模式下执行多次运行会话的下一次(即第一次)运行。在一些实施例中，所选择的焊接会话(例如，焊接作业)可以禁止或限制可以在现场焊接之前执行的模拟焊接的数量。在一些实施例中，所选择的会话可以禁止现场焊接模式，直到完成(例如，令人满意地完成)模拟焊接。如本文用图61所讨论的，模拟焊接模式与现场焊接模式不同，并且模拟模式可以包括但不限于模拟模式、虚拟现实模式或增强现实模式。当选择模拟焊接模式时，操作者执行(方框980)模拟运行。控制电路系统52可以经由训练支架12的显示器32、焊炬14的显示器62或焊接头盔41的显示器32显示(方框982)模拟运行的结果。例如，控制电路系统52可以显示来自模拟运行和来自模拟运行的目标规格的焊接数据327。另外，或者在替代方案中，控制电路系统可以显示用于模拟运行的焊接分数。在完成模拟运行后，操作者再次选择(节点978)是在模拟焊接模式还是在现场焊接模式下执行下一次运行。
当选择现场焊接模式时，操作者在校准的接头上执行(方框984)现场焊接运行。控制电路系统52可以经由训练支架12的显示器32和/或焊炬14的显示器62显示(方框986)现场运行的结果。例如，控制电路系统52可以显示来自现场运行和来自现场运行的目标规格的焊接数据327。另外，或者在替代方案中，控制电路系统52可以显示用于现场运行的焊接分数。可以显示现场运行的显示结果，以及对于同一接头的任何先前模拟运行的结果。
可以至少部分地基于焊接参数(例如，工作角、行进角、CTWD、行进速度，指向)和/或电气参数(例如，焊接电压、焊接电流、送丝速度)的目标规格(例如，最小值、目标值、最大值)分别评估多次运行焊接会话(例如，焊接作业)的每次运行(例如，模拟或现场)。例如，根部焊道运行可能具有与后续运行不同的规格参数。在完成多次运行会话的一次运行之后，控制电路系统52可以确定会话的已完成的运行是否满足相应运行的目标参数值。例如，可以将用于多次运行会话的一次运行的焊接数据327与目标参数值进行比较，以生成对于每个参数的分数和/或对于相应运行的总分。控制电路系统52可以确定运行对于相应运行的目标规格是否及格。
控制电路系统52确定(节点988)所选择的焊接会话的所有运行(例如，焊接作业)是否已经完成。如果所选择的多次运行会话的所有运行尚未完成，则操作者选择(方框990)下一次运行。在一些实施例中，不管先前运行对于目标规格是否及格，操作者可以前进到多次运行会话的下一次运行。另外，或者在替代方案中，不管用于先前运行的焊接数据327是否完整，操作者可以前进到多次运行会话的下一次运行。例如，如果感测装置16不能针对多次运行会话的一次运行的至少一部分追踪焊炬14的位置和取向，则操作者可以继续执行多次运行会话的每次运行。操作者对于多次运行任务的每次运行校准(方框976)接头，诸如通过利用接头校准工具610来校准接头的第一端和接头的第二端的位置。如可以理解的，接头校准工具610可以已经直接与工件82介接，以便在第一次运行之前对接头进行初始校准。后续校准可以将接头校准工具610与通过一次或多次先前运行而在先前形成的的焊道直接介接。因此，用于每次运行的接头的校准端可以具有相对于焊接系统10的感测装置16不同的位置。当用于下一次运行的后续校准完成时，操作着再次选择(节点978)是在模拟焊接模式还是在现场焊接模式下执行下一次运行。
如果所选择的多次运行会话的所有运行已经完成，则控制电路系统52可以经由训练支架12的显示器32和/或焊炬14的显示器显示(方框992)现场运行中的每一个运行的结果。例如，控制电路系统52可以显示来自每一个现场运行和来自每一个现场运行的目标规格的焊接数据327。另外，或者在替代方案中，控制电路系统52可以基于运行的一个或多个评估来确定运行组对于多次运行会话的目标规格是否及格。例如，控制电路系统52可以基于用于每次运行的分数的几何平均值、用于每次运行的分数的算术平均值、运行组的最低分数、所确定的分数的总和、每次运行是否以合格分数完成或其任何组合来用总分数评估运行组。在一些实施例中，以比指定用于多次运行焊接会话更少的已完成的现场运行结束焊接会话可能导致用于多次焊接运行会话的不足(例如，不及格)的总分数。在一些实施例中，具有未追踪的焊炬位置和取向的运行的阈值量(例如，1、2或3)可能不会影响多次运行会话的评估。即，具有未追踪的焊炬位置和取向的一次或多次运行可能不被计算在几何和/或算术平均值中。在一些实施例中，控制电路系统52可以本地存储来自多次运行会话的每次运行的焊接数据327，直到完成多次运行会话。完成后，控制电路系统52可以将与完成的多次运行会话相关联的焊接数据327传送到位于远处的数据存储系统318。在显示会话结果(方框992)时，操作者可以选择(方框994)用所选择的会话重新试验。操作者移除先前试验的接头，并设置(方框974)用于重新试验的新接头。控制电路系统52可以将与先前试验的接头的序列号不同的序列号分配给用于重新试验的新接头，从而使得操作者和教员能够检查和评估来自每个接头的焊接数据327。
如本文所述，可以在焊接系统10的操作期间(例如，在使用焊接系统10时实时地)追踪(例如，检测、显示、以及存储)各种参数，所述参数包括但不限于焊接参数(例如，工作角、行进角、CTWD、行进速度、指向)和电弧参数(例如，焊接电压、焊接电流、送丝速度)。焊接系统10在焊接的执行期间检测并显示焊接参数和电弧参数的能力使得用户能够观察到例如某些焊接参数如何影响某些电弧参数(例如，CTWD如何影响电流)。此外，在焊接的执行期间检测并显示焊接参数和电弧参数使得用户能够基于其观察结果调整这些参数。例如，在某些实施例中，可以以高到足以在焊接的执行期间为用户提供调整参数的能力的频率检测并显示与焊接参数和电弧参数相关的数据。此外，与焊接参数和电弧参数相关的数据可以在被捕获的同时存储在数据存储装置(例如，焊接系统10的存储装置24)中，从而确保数据将保留以供后续分析。
例如，电弧参数可以由设置在焊炬14中的一个或多个传感器(例如，使用电压传感器425、电流传感器427或如图25所示的其他传感器)检测，使用模拟-数字转换(ADC)电路转换，并且经由通信接口68(例如，RS-232通信信道)发送到计算机18。可替代地或除了由设置在焊炬14中(例如，在图5中示出的焊炬14的手柄中)的一个或多个传感器检测，电弧参数可以由设置在焊接电缆80、焊接电源28、送丝器30(每个在图2中示出)或其一些组合中的一个或多个传感器检测。
焊接系统10可以经由在焊接系统10的显示器32上可观察到的屏幕(例如类似于图20和图21中示出的屏幕)来检测并显示(例如，数字地、以图形方式等)电弧参数。具有指示焊接系统10处于现场电弧焊接模式下的焊接模式指示器998的示例性屏幕996可以显示在显示器32上，如图62所示。如图62所示，电弧参数可以显示在屏幕996上。例如，在图示的屏幕996中，电压图340可以显示与由焊炬14产生的电弧的电压337相关的数据点的时间序列，并且电流强度图340可以显示与由焊炬14产生的电流338相关的数据点的时间序列。在某些实施例中，滤波器可以应用于电弧参数和焊接参数中的至少一些，以消除由焊炬14检测的值的时间序列图340中的噪声。应当理解，电压和电流强度图340(以及本文所述的所有其他时间序列)可以包括图340的x轴上的时间和y轴上的特定追踪值(例如，电压和电流强度)。
应当理解，电弧参数可以通过焊接软件244与经由运动追踪系统(例如，感测装置16)捕获的焊接参数实时地时间同步。换句话说，电弧参数和焊接参数可以全部绘制在其相应的图340上，以使得用于每个时间序列的数据点通常与来自每个其他时间序列的在大约相同的时间(例如，在100毫秒内、在10毫秒内或在某些实施例中甚至更接近的时间内)捕获的数据点垂直地对准。同样，这使得用户能够在焊接的执行期间使电弧参数与焊接参数相关联。尽管在图62中未示出，但是在某些实施例中，由焊炬14递送的焊丝电极的送丝速度也可以以与电压和电流相同的方式在焊接的执行期间实时地检测到。
如图62所示，在某些实施例中，每个电弧参数(以及每个焊接参数)可以关于预定义的上限、预定义的下限、与预定义的上限和下限相关的范围和/或预定义的目标值单独地计分，并且分数341可以在屏幕996上描绘(例如，与相应的图340对准，例如与该图340相邻)。此外，在某些实施例中，总分数1000可以由焊接软件244确定并在屏幕996上描绘。此外，在某些实施例中，(例如，全班的)总分数1000、目标总分数1002和高总分数1004的指示可以由焊接软件244确定并且在屏幕996上描绘。此外，在某些实施例中，试验成功还是不成功的指示1006也可以由焊接软件244确定并在屏幕996上描绘。在某些实施例中，总分数1000可以基于用于焊接参数的单独分数341，而不是基于用于电弧参数的单独分数341。
此外，如图62所示，在某些实施例中，总体状态栏1008可以在屏幕996上描绘。总体状态栏1008可以包括所有焊接参数是否在其相应的上限和下限内的指示。例如，如果焊接参数中的一个不在其相应的上限和下限内，则总体状态栏1008可以在屏幕996上与对应的焊接参数值相同的垂直位置处指示红色状态。相反，如果所有的焊接参数在其相应的上限和下限内，则总体状态栏1008可以在屏幕996上与对应的焊接参数值相同的垂直位置处指示绿色状态。应当理解，在其他实施例中可以使用其他状态颜色。
如图所示，在某些实施例中，用于每个参数(例如，焊接参数和电弧参数)的值339可以显示为在试验周期的过程中的平均值。例如，如图62所示，所描绘的试验周期内的平均电压和电流强度分别是18.7伏特和146安培。图63是在图62中描绘的屏幕996的另一个图解。在此情况下，平均电压和电流强度分别描绘为0.1伏特和2安培，这是噪声等级，指示未检测到实际焊接电弧。在这种情况下，电流强度和电压可以由焊接软件244使用以确定在给定的“焊接模式”试验周期内是否发生焊接。如果电压或电流强度的值低于某个预先确定的阈值(例如，平均电压小于10伏特)或在某个预先确定的最小阈值与最大阈值之间(例如，平均电压在-8伏特与+10伏特之间)，则焊接软件244可以确定在该时间段内实际上未发生焊接。在这种情况下，焊接软件244可以将试验自动地标记为“不成功的”，和/或试验可以由焊接软件244标记为未检测到焊接。例如，如图所示，在某些实施例中，如果给定试验周期内的平均电压和/或平均电流强度不满足某一预先确定的阈值或落入某一预先确定的范围内，则试验成功还是不成功的指示1006可以描绘试验为“不成功的”(例如，这还可以因为其他原因(诸如总分数不满足特定要求)显示)。此外，还如图所示，在某些实施例中，当给定试验周期内的平均电压和/或平均电流强度不满足某一预先确定的阈值或落入某一预先确定的范围内时，可以将“未检测到电弧”消息1010替代地描绘为未检测到电弧的指示，而不是在屏幕996上描绘总分数1000。
图64示出可以作为焊接软件244的作业开发例程的一部分显示的示例性屏幕1012。具体地，图64示出一屏幕1012，该屏幕1012允许输入一系列焊接试验的完成标准和与该试验相关联的长度要求。如图所示，当选择(并且因此在屏幕1012上突出显示)作业开发例程的完成标准/长度要求标签1014时，显示屏幕1012。如图所示，与焊接软件244的作业开发例程的配置设定相关联的其他标签可以包括但不限于“作业名称”标签1016，该“作业名称”标签1016可以使得一屏幕被显示，作业名称和与作业相关的其他一般信息可以被输入到该屏幕；接头设计标签1018，该接头设计标签1018可以使得一屏幕被显示，待焊接的接头的属性(例如，关于接头类型、长度等)可以被输入到该屏幕；基底金属标签1020，该基底金属标签1020使得一屏幕被显示，与待焊接的基底金属相关的属性可以被输入到该屏幕；填料金属/保护气体标签1022，该填料金属/保护气体标签1022使得一屏幕被显示，与(例如，焊接电极的)填料金属和保护气体相关的属性可以被输入到该屏幕；位置/电气属性标签1024，该位置/电气属性标签1024使得一屏幕被显示，焊接参数和电弧参数的属性(例如，上限、下限、目标值等)可以被输入到该屏幕；预热/焊后热传递标签1026，该预热/焊后热传递标签1026使得一屏幕被显示，与预热和焊后加热相关的属性分别可以被输入到该屏幕；焊接程序/1行程标签1028，该焊接程序/1行程标签1028使得一屏幕被显示，与试验中的焊接程序(例如，工艺类型等)和行程数(例如，一行程或多于一行程)相关的属性可以被输入到该屏幕；以及实时反馈标签1030，该实时反馈标签1030使得一屏幕被显示，与实时反馈相关的属性可以被输入到该屏幕。应当理解，在某些实施例中，与作业相关的属性可以在所述屏幕上输入，可以由焊接软件244自动地检测(例如，基于焊接系统10的特定设备、基于设定的其他属性等)或其某种组合。
如图64所示，与完成标准/长度要求标签1014相关的屏幕1012包括专门用于完成标准属性的第一区段1032和专门用于与试验相关联的长度要求的第二区段1034。在某些实施例中，在屏幕1012的完成标准区段1032中，一系列输入1036使得以下各项能够被输入：目标分数(例如，如图所示，90)、在一组焊接任务中的焊接任务的数量(例如，如图所示，5)、每个焊接组所需的成功的焊接试验的数量(例如，如图所示，3)以及如果未检测到电弧则焊接试验是否将被标记为不成功的(例如，如图63所示)。此外，如图所示，在某些实施例中，完成标准的这些选择将对用户来说看起来像什么的描绘1038(例如，如图62所示，在屏幕996的动作区段1040中)。此外，在某些实施例中，在屏幕1012的长度要求区段1034中，一系列输入1042使得在分数编辑中将被忽略的焊接的起始区段(A)的长度、在分数编辑中将被忽略的焊接的端部区段(B)的长度、以及试验的最大长度(C)能够被输入，该最大长度(C)可能小于试验长度(其可以例如经由与接头设计标签1018相关的屏幕被输入)。此外，在某些实施例中，还可以描绘与长度要求相关的输入属性的相对尺寸的相应图解1044，以帮助用户设定长度要求。
图65示出在选择焊接程序/1行程标签1028时可以显示的示例性屏幕1046。如上所述，该屏幕1046使得与试验中的焊接程序和行程数(例如，一行程或多于一行程)相关的属性能够被输入。如图所示，在某些实施例中，第一系列输入1048使得以下各项能够被输入：工艺类型(例如，如图所示，FCAW-G)、填料金属(例如，焊接电极)的类别和直径(例如，如图所示分别是E71T-8JD H8和0.072英寸)、焊接图案(例如，如图所示，纵向与交织；纵向)、垂直前进方向(例如，如图所示，向上与向下；向上)、以及与焊接程序相关的任何评注。此外，如图所示，在某些实施例中，第二系列输入1050使得以下各项能够被输入：标记为焊接电源设定的电弧参数(例如，电压、送丝速度和电流强度)和标记为“焊炬技术参数”的焊接参数(例如，工作角、行进角、CTWD、行进速度和指向)的最小值、目标值和最大值。还如图所示，在某些实施例中，第三系列输入1052实现与突出显示的电弧参数或焊接参数(例如，如图所示的电压)的最小值、目标值和最大值相关的更详细的输入(例如，与允许上限和下限与目标值偏离多少相关等)。应当理解，经由至少第二系列输入1050和第三系列输入1052被输入的信息将确定本文所述的图340(例如，如图62和图63等所示)中描绘的以及用于计算本文所述的分数341(例如，也如图62和图63等所示)的上限、下限、目标范围和/或目标值。在某些实施例中，当为给定作业选择多于一个行程时，电弧参数和/或焊接参数的最小值、目标值和最大值可以针对作业内的每个行程单独地设定。在某些实施例中，如图所示，可以经由添加行程按钮1054来启用对于给定作业的多个行程的属性的条目。
如前面关于图62和图63所讨论的，当焊接软件244处于现场电弧焊接模式下时，可以显示电弧参数。相反，图66示出示例性屏幕1056，该示例性屏幕1056描绘处于如由焊接模式指示器998所指示的模拟焊接模式下的焊接软件244。如图所示，当焊接软件244处于模拟焊接模式下时，由于在该模式下禁用实际焊接，所以不显示电弧参数，并且可以替代地显示指示这种情况的消息。
在某些实施例中，电弧参数在默认情况下不显示在焊接参数的下方，诸如图62和图63所示。相反，图67示出在默认情况下(即，在焊接试验已经启动之前)描绘的示例性屏幕1058。如图所示，不是示出电弧参数，而是示出焊接程序概要窗格1060，以为用户总结用于给定试验焊接的总体属性(例如，目标属性)是什么。在某些实施例中，从焊接程序概要窗格1060，用户可以选择视图WPS按钮1062，该视图WPS按钮1062将使图68所示的屏幕1064被显示。如图所示，图68是与焊接试验会话或焊接试验作业的所有参数相关的所有信息的概要(例如，其可以经由图64和图65中示出的各种作业开发标签1014至1030的选择而被输入)。
现在返回到图67，一旦用户已完成预试验程序并且准备开始焊接试验，在激活焊炬14的扳机70以开始焊接试验时，焊接程序概要窗格1060由与电弧参数相关的信息替换以在焊接试验的执行期间显示电弧参数的实时图形(参见例如图69)，从而允许用户在焊接试验期间实时查看与焊接参数和电弧参数相关的所有图。实际上，在某些实施例中，在激活焊炬14的扳机70以开始焊接试验时，当前正显示的任何屏幕可以由例如图69所示的屏幕996替代，以使得所有焊接参数和电弧参数可以实时以图形方式显示。
图70示出可以在执行试验焊接之后显示的替代屏幕1066。如图所示，在某些实施例中，除了电弧参数(例如，电压、电流强度、送丝速度)之外，热输入1068可以被显示，并且与所有其他焊接参数和电弧参数一样，沿其相应的时间序列时间同步。通常，检测到的电压和电流强度数据和检测到的行进速度数据可以用于对沿着时间序列的每个时间点(例如，基于时间)或在沿着焊接接头的每个位置(例如，基于距离)(例如，在试验焊接的执行期间)实时地计算热输入。具体地，在某些实施例中，热输入(千焦耳)可以根据电压、电流强度和行进速度(英寸/分钟)被计算为：
此外，虽然在图70中未示出，但是在某些实施例中，焊缝大小(圆角大小；以毫米计)可以使用送丝速度(WFS；以英寸/分钟计，其可以由用户检测或指定)、行进速度(以米/分钟计)、预先确定的效率值(％)和焊丝直径(以毫米计)(例如，在试验焊接的执行期间)被实时地计算并显示为：
在某些实施例中，预先确定的效率值可以考虑任何检测到的飞溅物，其可以使用以Richard Martin Hutchison等人的名义于2012年3月30日提交的标题为“用于分析飞溅物生成事件的装置和方法(Devices and Methods for Analyzing Spatter GeneratingEvents)”的美国专利申请No.2013/0262000中公开的技术来确定，该专利申请的全部内容结合在此。例如，可以调整预先确定的效率值以例如在确定发生更多的飞溅物生成事件时降低预先确定的效率值、在确定发生更少的飞溅物生成事件时增加预先确定的效率值等。
如本文所用，术语“预先确定的范围”可以指以下各项中的任何一个：由预先确定的上限和预先确定的下限界定的一组数字、大于预先确定的限度的一组数字和小于预先确定的限度的一组数字。此外，该范围可以包括等于一个或多个预先确定的限度的数字。
尽管已在本文中仅说明和描述本公开的某些特征，但是本领域的技术人员将想到许多修改和变化。因此，应当理解，所附权利要求旨在覆盖落入本公开的真实精神内的所有此类修改和变化。

Claims (24)

1.一种焊接系统，其包括：
一个或多个传感器，所述一个或多个传感器被配置成在由所述焊接系统执行焊接期间检测与用于所述焊接系统的一个或多个电弧参数相关的数据；以及
控制电路系统，所述控制电路系统被配置成：
从所述一个或多个传感器接收对应于所述一个或多个电弧参数的所述数据；
在所述焊接的时间段内，使对应于所述一个或多个电弧参数的所述数据与关联于一个或多个焊接参数的数据时间同步；
在所述焊接期间经由用户可观察屏幕在所述时间段内以图形方式呈现对应于所述一个或多个电弧参数的所述数据；以及
在所述焊接期间经由所述用户可观察屏幕在所述时间段内以图形方式呈现对应于所述一个或多个焊接参数的所述数据。
2.根据权利要求1所述的焊接系统，其中所述一个或多个电弧参数包括电压、电流强度、送丝速度或其组合。
3.根据权利要求1所述的焊接系统，其中所述一个或多个焊接参数包括工作角、行进角、接触末端到工件的距离(CTWD)、行进速度、指向或其组合。
4.根据权利要求1所述的焊接系统，其中所述控制电路系统被配置成为每个电弧参数计算分数，并且经由所述用户可观察屏幕呈现所述相应分数，所述分数与关联于所述相应参数的数据的相应图表对准。
5.根据权利要求1所述的焊接系统，其中所述控制电路系统被配置成至少部分地基于所述一个或多个电弧参数来为所述焊接计算分数，并且经由所述用户可观察屏幕呈现所述分数。
6.根据权利要求1所述的焊接系统，其中所述控制电路系统被配置成确定何时与所述一个或多个电弧参数相关的所述数据的电压或电流强度不满足预先确定的要求，并且当与所述一个或多个电弧参数相关的所述数据的所述电压或所述电流强度不满足所述预先确定的要求时经由所述用户可观察屏幕呈现指示。
7.根据权利要求1所述的焊接系统，其中所述控制电路系统被配置成确定何时与所述一个或多个电弧参数相关的数据在所述焊接期间未被所述一个或多个传感器检测到，并且当与所述一个或多个电弧参数相关的所述数据在所述焊接期间未被所述一个或多个传感器检测到时经由所述用户可观察屏幕呈现指示。
8.根据权利要求1所述的焊接系统，其中当激活执行所述焊接的焊接工具的扳机时，所述控制电路系统被配置成从先前的用户可观察屏幕转换到所述用户可观察屏幕从而以图形方式呈现所述数据。
9.根据权利要求1所述的焊接系统，其中所述控制电路系统被配置成为所述焊缝计算热输入，并且在所述焊接期间经由所述用户可观察屏幕在所述焊接的所述时间段内以图形方式呈现所述所计算的热输入。
10.根据权利要求1所述的焊接系统，其中所述控制电路系统被配置成计算所述焊缝的大小，并且在所述焊接期间经由所述用户可观察屏幕在所述焊接的所述时间段内以图形方式呈现所述所计算的焊缝大小。
11.根据权利要求1所述的焊接系统，其中所述控制电路系统被配置成将与所述一个或多个电弧参数相关的所述数据存储在数据存储装置中。
12.根据权利要求1所述的焊接系统，其中所述一个或多个传感器包括执行所述焊接的焊接工具的一个或多个传感器。
13.一种方法，其包括：
在由焊接系统执行的焊接期间经由一个或多个传感器检测与一个或多个电弧参数相关的数据；
在所述焊接的时间段内，使与所述一个或多个电弧参数相关的所述数据与关联于一个或多个焊接参数的数据时间同步；
在所述焊接期间经由用户可观察屏幕在所述时间段内以图形方式呈现所述数据；以及
在所述焊接期间经由所述用户可观察屏幕在所述时间段内以图形方式呈现与所述一个或多个焊接参数相关的所述数据。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述一个或多个电弧参数包括电压、电流强度、送丝速度或其组合。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述一个或多个焊接参数包括工作角、行进角、接触末端到工件的距离(CTWD)、行进速度、指向或其组合。
16.根据权利要求13所述的方法，其包括为每个电弧参数计算分数，以及经由所述用户可观察屏幕呈现所述相应分数，所述分数与关联于所述相应参数的数据的相应图表对准。
17.根据权利要求13所述的方法，其包括至少部分地基于所述一个或多个电弧参数来为所述焊接计算分数，以及经由所述用户可观察屏幕呈现所述分数。
18.根据权利要求13所述的方法，其包括确定何时与所述一个或多个电弧参数相关的所述数据的电压或电流强度不满足预先确定的要求，以及当与所述一个或多个电弧参数相关的所述数据的所述电压或所述电流强度不满足所述预先确定的要求时经由所述用户可观察屏幕呈现指示。
19.根据权利要求13所述的方法，其包括确定何时与所述一个或多个电弧参数相关的数据在所述焊接期间未被所述一个或多个传感器检测到，以及当与所述一个或多个电弧参数相关的所述数据在所述焊接期间未被所述一个或多个传感器检测到时经由所述用户可观察屏幕呈现指示。
20.根据权利要求13所述的方法，其包括当激活执行所述焊接的焊接工具的扳机时从先前的用户可视屏幕转换到所述用户可视屏幕从而以图形方式呈现所述数据。
21.根据权利要求13所述的方法，其包括为所述焊缝计算热输入，以及在所述焊接期间经由所述用户可观察屏幕在所述焊接的所述时间段内以图形方式呈现所述所计算的热输入。
22.根据权利要求13所述的方法，其包括计算所述焊缝的大小，以及在所述焊接期间经由所述用户可观察屏幕在所述焊接的所述时间段内以图形方式呈现所述所计算的焊缝大小。
23.根据权利要求13所述的方法，其包括将与所述一个或多个电弧参数相关的所述数据存储在数据存储装置中。
24.根据权利要求13所述的方法，其中所述一个或多个传感器包括执行所述焊接的焊接工具的一个或多个传感器。
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